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Förderung für Forschungsgruppe zur Untersuchung der Erstarrungsrissentstehung beim Schweißen

Als kontaktloses und hochautomatisierbares Fügeverfahren gewinnt das Laserstrahlschweißen in der industriellen Fertigung immer weiter an Bedeutung. Eine der größten Herausforderungen dabei stellen Erstarrungsrisse dar, die während des Schweißens in der Schweißnaht entstehen können. Diese können sich über die ganze Schweißnahttiefe erstrecken oder auch nur über einen Teil der Naht – schlimmstenfalls verborgen unter der Oberfläche –, sodass die mechanische Belastbarkeit der Schweißverbindung nicht so stark wie erwartet ist und auch optisch nicht zuverlässig beurteilt werden kann.

Wie und warum diese Risse auftreten, ist bislang nicht vollständig verstanden. Da die Rissbildung innerhalb der beim Schweißen entstehenden Metallschmelze erfolgt, sind experimentelle Methoden nur sehr eingeschränkt in der Lage, die dabei auftretenden Vorgänge zu untersuchen. Darum wird eine Gruppe von Forscherinnen und Forschern um Prof. Dr.-Ing. Michael Schmidt als Sprecher innerhalb der nun bewilligten DFG-Forschungsgruppe „Erstarrungsrisse beim Laserstrahlschweißen: Hochleistungsrechnen für Hochleistungsprozesse“ diese Vorgänge nun mithilfe von numerischen Methoden untersuchen. Ziel ist es, in den nächsten vier Jahren ein hochperformantes multiphysikalisches Multiskalen-Framework aufzubauen, das alle relevanten physikalischen Phänomene und Größenskalen von der Bauteilebene bis hinunter zu den Strukturen der erstarrenden Metallschmelze umfasst. Die damit durchgeführten Untersuchungen sollen dazu dienen, ein besseres Verständnis der Erstarrungsrissentstehung aufzubauen und so Erstarrungsrisse zukünftig vermeiden zu können.

Um diesen Ansatz erfolgreich verfolgen zu können, ist die Einbeziehung von Experten aus den jeweiligen Fachgebieten unabdingbar. Die Forschungsgruppe besteht daher aus 7 Teilprojekten von 11 Antragstellerinnen und Antragstellern an insgesamt fünf deutschen Standorten. Die Fachdisziplinen reichen dabei von der Produktionstechnik (Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier, BAM, Berlin und Prof. Dr.-Ing. Michael Schmidt, FAU Erlangen-Nürnberg) über die Mathematik (Prof. Dr. rer. nat Axel Klawonn und Dr. rer. nat. Martin Lanser, U zu Köln) und die Informatik (Prof. Dr. rer. nat. Ulrich Rüde und Prof. Dr.-Ing. Harald Köstler, FAU Erlangen-Nürnberg) bis hin zu den Materialwissenschaften (Prof. Dr. rer. nat. Britta Nestler, Dr.-Ing. Daniel Schneider und Dr.-Ing. Michael Selzer, HsKA Karlsruhe) und der Mechanik (Prof. Dr.-Ing. Jörg Schröder und Dr.-Ing. Lisa Scheunemann, U Duisburg-Essen).

(08.04.21)