Fraunhofer-Gesellschaft

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Neuere Ergebnisse zum Schweißen von Eisenbasiswerkstoffen mit Faserlasern

 
: Brenner, B.; Göbel, G.; Standfuß, J.; Stamm, U.

Vollertsen, F. ; Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik:
Laserstrahlfügen. Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends : Beiträge zum 5. Laser-Anwenderforum Bremen, 13. - 14. September 2006
Bremen: BIAS, 2006 (Strahltechnik 28)
ISBN: 3-933762-18-9
ISBN: 978-3-933762-18-4
S.139-148
Laser-Anwenderforum <5, 2006, Bremen>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IWS ()
Laserstrahlschweißen; CO2-Laser; Faserlaser; Strahlenqualität; Schweißparameter; Kaltrissbildung; Warmrissbildung; Systemvergleich; Vergütungsstahl; Edelstahl; Erstarren; Schweißnahtform; Kostenvergleich; Schweißgeschwindigkeit; Versuchsergebnis

Abstract
Aufgrund der Vorteile und der erreichten Produktionsreife werden Faserlaser immer stärker in die Produktion integriert. Die hohe Strahlqualität ermöglicht eine Steigerung der Einschweißtiefe bei gleichzeitig geringerer Nahtbreite. Daher wird sich der Einsatz auf Gebiete konzentrieren, die insbesondere schlanke Schweißnähte bei hohen Schweißgeschwindigkeiten erfordern. Untersucht wurde die Neigung zur Kaltrissbildung an Vergütungsstählen, der Einfluss von Axialrundnähten, die Heißrissempfindlichkeit von Edelstählen sowie der Einfluss auf die Rissbildung an Mischverbindungen. Es erfolgt ein Vergleich mit CO2-Lasern hoher Strahlqualität. Als erstes wurden hinsichtlich der Kaltrissneigung Einschweißversuche mit Vorwärmung am Vergütungsstahl C45 durchgeführt. Die Vorwärmetiefe wurde variiert, ebenso wie die Einschweißtiefe (mit Hilfe der Schweißgeschwindigkeit). Die Ergebnisse zeigten, dass die Wirkung der höheren Strahlqualität auf die Kaltrissbildung sehr komplex ist. Besonders die Bauteilgeometrie kann durch ihrer Einfluss auf das thermomechanische Verhalten der Naht während der Erstarrung zu wesentlichen Änderungen führen. Auch bei den Experimentreihen mit Axialrundnähten zeigte sich keine Verbesserung durch Einsatz eines Faserlasers. Die Ergebnisse von CO2-Laser- und Faserlaser-Systeme liegen eng beieinander. Heißrisse unterscheiden sich zu den Kaltrissen deutlich - in ihren Ursachen, ihrem Entstehungszeitpunkt und der Rissform, da sie im Hochtemperaturbereich durch flüssige bzw. geschwächte Korngrenzen entstehen. Ähnlich wie bei den Kaltrissexperimenten wurden die Schweißparameter jeweils an die Möglichkeiten der Lasertypen angepasst. Auch hier ergaben sich an den untersuchten Werkstoffen keine signifikante Änderung des Kalt- oder Heißrissmodus durch den Einsatz höherer Strahlqualitäten. Bei Mischverbindungen spielen zusätzliche Faktoren eine Rolle bei der Rissbildung, die sich aus den Anteilungen und Verteilungen des Einzelmaterialien ergeben. Hier ergaben sich Vorteile für den Faserlaser. Am Fallbeispiel Schaltrad erfolgte eine Abschätzung der Prozesskosten. Dabei ergaben sich deutlich geringere Betriebskosten für den Faserlaser, aufgrund des deutlich besseren Wirkungsgrades. Insbesondere für Bauteile mit relativ langen Schweißnähten und hohe Stückzahlen ergeben sich potenziell erhebliche Kostenvorteile bei Nutzung von Faserlasern hoher Strahlqualität, aufgrund der bei vergleichbarere Laserleistung deutlich höheren Schweißgeschwindigkeit.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-51989.html