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Laserstrahlschweißen hochfester Werkstoffe an rotationssymmetrischen Bauteilen

 
: Matić, Mario

Dresden, 2011, 134 pp.
Dresden, TU, Diss., 2011
German
Dissertation
Fraunhofer IWS ()
Laserschweißen; Bauelement; Werkstoff; rotationssymmetrisches Bauelement; hochfester Werkstoff; Laserstrahlschweißen; Prozessentwicklung; Fügetechnik

Abstract
Ziel ist, praktisch nutzbare und übertragbare Richtlinien zur Vereinfachung der Prozessentwicklung von Laserschweißprozessen mit schwer schweißbaren Stahlwerkstoffen zu ermitteln. Es erfolgt zunächst eine Analyse zum Stand der Technik der Rissentstehungsmechanismen. Die daraus ermittelten Einflussgrößen der Rissbildung werden in experimentell greifbare Faktoren gegliedert. Es werden Schweißversuche an rotationssymmetrischen Probenkörpern bestehend aus 15 unterschiedlichen Stahlwerkstoffen vorgenommen. Die Versuche werden mit Laserstrahlquellen unterschiedlicher Strahlqualität durchgeführt, wobei die Prozessgeschwindigkeit zwischen 1 m/min und 30 m/min variiert wird. Die Einflussfaktoren der Rissentstehung werden über eine gezielte Auswahl der Prozessparameter sowie über diverse Variationen der Bauteilgeometrie experimentell untersucht. Durch metallographische Analysen und Härterastermessungen erfolgen Rückschlüsse auf die praktische Relevanz der einzelnen Einflussgrößen. Das Erstarrungsverhalten der untersuchten Werkstoffe wird mit der Simulationssoftware Thermo-Calc analysiert. Jedem der untersuchten rissempfindlichen Werkstoffe kann bei konstanter Einschweißtiefe eine Grenzgeschwindigkeit zugeordnet werden, ab deren Überschreiten Heiß- oder Kaltrisse in der Schweißnaht auftreten. Die Ergebnisse der Schweißversuche zeigen weiterhin, dass der Einsatz hoher Strahlqualität die Heißrissbildung werkstoffübergreifend reduziert. Mit einer Steigerung der Strahlqualität ist gleichzeitig eine Zunahme der Kaltrissbildung zu beobachten. Aus werkstofftechnischer Sicht kann keine direkte Korrelation zwischen der chemischen Zusammensetzung der untersuchten Stahlwerkstoffe und ihrer experimentell ermittelten Schweißeignung hergestellt werden. Die Berechnungen der Erstarrungsintervalle der untersuchten Werkstoffe veranschaulichen zudem, dass aus Sicht der Erstarrungssimulation ebenfalls keine verlässlichen Aussagen über die Schweißeignung von Stählen getroffen werden können. Mit diversen spektroskopischen Analyseverfahren konnten keine Rückstände von Restschmelze oder niedrigschmelzender Phasen auf den Rissflanken von Heißrissen nachgewiesen werden. Die Beschaffenheit der Rissflanken weist jedoch häufig auf eine Rissentstehung unterhalb der Erstarrungstemperatur hin.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-404952.html