Die Metall-Schutzgas- (MSG) Schweißverfahren werden weitverbreitet eingesetzt und zählen zu den wirtschaftlich bedeutendsten Fügeverfahren. Trotz deutlicher Fortschritte durch die Entwicklung des Impulslichtbogenverfahrens bestehen ungelöste Probleme bei der Reduzierung von Emissionen und Spritzern, bei der Erhöhung der Prozesssicherheit, bei der Ausweitung der Grenzen der Lichtbogenarten sowie bei der Entkopplung der Energieflüsse in die Elektroden. Für eine Weiterentwicklung des Verfahrens kommt dem Verständnis des Elektrodenwerkstoffübergangs, als Schlüsselvorgang des gesamten Prozesses, eine entscheidende Rolle zu. In dieser Arbeit werden daher Messmethoden für die experimentelle Beschreibung des Elektrodenwerkstoffübergangs eines MSG-Pulsprozesses entwickelt. Durch den Einsatz eines Hochgeschwindigkeitszweifarbenpyrometers, eines Kalorimeters, einer Vorrichtung zum Einbringen von Thermoelementen, einer Stereooptik sowie einer Schattentechnik kann der Einfluss wichtiger Prozessparameter auf den Elektrodenwerkstoffübergang umfassend geklärt und die Messergebnisse abgesichert werden. Analysiert werden die Temperatur und die Oberflächenspannung der Drahtelektrode und der Schweißtropfen, die dreidimensionale Ausbreitung des Plasmas sowie die geometrische Ausbildung der Drahtelektrode, der Schweißtropfen und des Schmelzbades. Um die Komplexität des Gesamtprozesses zu reduzieren und Effekte klarer separieren zu können werden umfassende Untersuchungen mit reinem Argon als Schutzgas und Reineisen als Elektrodenwerkstoff durchgeführt, sodass diese Messergebnisse besonders für die Verwendung in Simulations-modellen geeignet sind. Es kann gezeigt werden, dass die für den Elektrodenwerkstoffübergang wesentlichste Eigenschaft die Oberflächenspannung der Drahtelektrode ist. Diese wird infolge eines Temperaturanstieges der Drahtelektrode reduziert, sodass es ab einer Tropfentemperatur von ca. 3.000 K zu einem von der Stromstärke unabhängigen “Abfließen“ des flüssigen Drahtendes kommt. Der Übergang von einem Impuls- zu einem Sprühlichtbogen lässt sich folglich mit der hohen Drahttemperatur und der geringen Oberflächenspannung erklären. Auch bei der Verwendung von Mischgasen kann die Veränderung des Elektrodenwerkstoffübergangs anhand von Oberflächenspannungsvariationen erklärt werden. Untersuchungen zum Stickout zeigen ein großes, bisher kaum genutztes Potential der jouleschen Vorwärmung der Drahtelektrode. Hierdurch ist es möglich, den Schweißtropfen gleichmäßiger zu erhitzen sowie die Wärmeflüsse in die Elektroden variabler zu steuern.     «

Die Metall-Schutzgas- (MSG) Schweißverfahren werden weitverbreitet eingesetzt und zählen zu den wirtschaftlich bedeutendsten Fügeverfahren. Trotz deutlicher Fortschritte durch die Entwicklung des Impulslichtbogenverfahrens bestehen ungelöste Probleme bei der Reduzierung von Emissionen und Spritzern, bei der Erhöhung der Prozesssicherheit, bei der Ausweitung der Grenzen der Lichtbogenarten sowie bei der Entkopplung der Energieflüsse in die Elektroden. Für eine Weiterentwicklung des Verfahrens kom...     »

Gas metal arc welding (GMAW) is widely used for numerous industrial applications and is hence one of the most important joining processes. Despite significant improvements by using pulsed current (pulsed gas metal arc welding), there are still unsolved problems like emission and spatter, a low process stability as well as a strong coupling of melting rate and heat transfer into the workpiece. Therefore the metal transfer has a fundamental function, because it substantially determines the energy flow into the workpiece, the fume formation rate and strongly influences arc formation and stability. In this thesis the material transfer of a precisely defined pulsed gas metal arc welding (PGMAW) process is analyzed experimentally with high accuracy from the wire electrode (anode) to the workpiece (cathode) using various diagnostic techniques. For this purpose a high speed two-color pyrometer, a calorimeter, a thermocouple arrangement, a high speed stereo optical setup and a drop oscillation technique have been developed. Thus, results obtained can be verified by different measurement techniques and enable a comprehensive description of the material transfer. The surface temperature of both electrodes as well as the droplet bulk and surface temperature, enthalpy and surface tension were determined. Furthermore, in order to describe the interaction between the material transfer and the formation of the weld seam, the geometry of the arc, wire, droplets and weld seam are measured in three dimensions. Most experiments are performed using pure argon as shielding gas and pure iron as filler and base material in order to reduce the complexity of the process to a minimum and thus to increase the usability for scientific description by means of simulation. It is shown, that the surface tension of the wire electrode is the most important property for the material transfer in PGMAW. It is reduced by an increasing temperature resulting in a current independent spray like material transfer of the molten electrode tip for temperature above 3,000 K. The unwanted transition from a pulsed to a spray arc at higher currents can consequently be explained by the high temperature of the wire and the low surface tension. Also for mixed gases changes in the material transfer can be explained by surface tension variation. Studies on the Stickout show a large, previously unused potential of the Joule-preheating of the wire that makes it possible to heat the droplets more uniformly and to control the heat transfer into the workpiece more flexibly.     «

Gas metal arc welding (GMAW) is widely used for numerous industrial applications and is hence one of the most important joining processes. Despite significant improvements by using pulsed current (pulsed gas metal arc welding), there are still unsolved problems like emission and spatter, a low process stability as well as a strong coupling of melting rate and heat transfer into the workpiece. Therefore the metal transfer has a fundamental function, because it substantially determines the energy...     »