Hybrid simulation of laser deep penetration welding

Beim Tiefschweißen mit Laserstrahlung ist die Kenntnis der Temperaturgeschichte des Materials von großem Interesse für die Beurteilung der Qualitätseigenschaften des Schweißergebnisses. Zu diesem Zweck wird ein hybrides Prozessmodell herangezogen, das die schnelle Berechnung von Temperaturverteilungen in Abhängigkeit der Laserstrahlparameter ermöglicht. Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Material wird durch ein reduziertes Modell berücksichtigt, das eine bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten auftretende Hierarchie in den räumlichen Dimensionen ausnutzt. Die daraus resultierende Form einer stationären Kapillare wird als Dirichlet‐Rand in eine thermische Finite‐Elemente‐Simulation eingebettet, in der sie gemäß der Prozessführung des Laserstrahls durch das Werkstück bewegt wird. Der Rand wird mathematisch durch eine Level‐Set‐Funktion beschrieben und in ein festes Rechengitter eingetaucht. Die Dirichlet‐Randbedingung wird unter Verwendung einer Embedded‐Boundary‐Methode gesetzt. Die berechneten Temperaturverteilungen werden anhand von Blindschweißungen in 0,9 mm dicken Blechen aus 1.4301 (AISI 304) Edelstahl bewertet