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Characterisation of quasi-stationary temperature fields in laser welding by infrared thermography

Charakterisierung von quasi‐stationären Temperaturfeldern beim Laserstrahlschweißen durch Infrarotthermographie
 
: Francis, J.A.; Gach, S.; Olscho, S.; Reisgen, U.; Häusler, A.; Gillner, A.; Poprawe, R.

:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 48 (2017), Nr.12, S.1283-1289
ISSN: 0933-5137
ISSN: 1521-4052
Englisch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer ILT ()

Abstract
In this work, high‐speed thermography is shown to effectively capture quasi‐stationary temperature fields during the laser welding of steel plates. This capability is demonstrated for two cases, with one involving the addition of a ferritic‐bainitic filler wire, and the other involving the addition of a low‐transformation‐temperature (LTT) filler wire. The same welding parameters are used in each case, but the temperature fields differ, with the spacing between isotherms being greater in the case where the low‐transformation‐temperature filler material is added. This observation is consistent with the differences in the extent of the heat‐affected zone in each sample, and the shape of the weld pool ripples on the weld bead surfaces. The characterization of temperature fields in this way can greatly assist in the development of novel methods for reducing residual stresses, such as the application of low‐transformation‐temperature filler materials through partial‐metallurgical injection (PMI). This technique reduces or eliminates tensile residual stresses by controlling the temperature fields so that phase transformations take place at the optimum times, and success can only be guaranteed through precise knowledge of the temperature fields in the vicinity of the welding heat source in real time.

 

In dieser Arbeit wird Hochgeschwindigkeits‐Thermographie zur effektiven Dokumentation quasi‐stationärer Temperaturfelder während des Laserstrahlschweißens von Stahl vorgestellt. Gezeigt wird dies am Beispiel von zwei repräsentativen Schweißungen, wobei einerseits ein ferritsch‐bainitischer Zusatzdraht und andererseits ein Low‐Transformation‐Temperature‐ (LTT) Zusatzdraht verwendet wird. In beiden Fällen werden die gleichen Schweißparameter verwendet. Im Vergleich wird eine merkliche Abweichung der Temperaturfelder deutlich. Bei Low‐Transformation‐Temperature‐Zusatzdraht vergrößern sich die Abstände zwischen den Isothermen. Die Beobachtungen sind konsistent mit der Ausdehnung der Wärmeeinflusszonen in beiden Proben sowie der Ausbildung der Nahtoberraupe. Die Charakterisierung der Temperaturfelder kann auf diesem Weg die Entwicklung neuartiger Methoden zur Eigenspannungsreduzierung unterstützen, wie beispielsweise die Applikation von Low‐Transformation‐Temperature und Anwendung der partiellen metallurgischen Injektion (PMI). Diese Technologie reduziert Zugeigenspannungen durch gezieltes Aufprägen von Wärmefelder, so dass die martensitische Phasenumwandlung zu einem optimalen Zeitpunkt abläuft. Eine Voraussetzung zur erfolgreichen Anwendung sind präzise Kenntnisse über die Temperaturfelder in der direkten Umgebung der Schweißwärmequelle in Echtzeit.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-487471.html