Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Kombination des Laserhybridschweißens und UP-Engspaltschweißens für dickwandige Bauteile zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
    ( 2024)
    Gook, Sergej
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    El-Sari, Bassel
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    Üstündag, Ömer
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    Gumenyuk, Andrey
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    Biegler, Max
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    Rethmeier, Michael
    Dieser Beitrag befasst sich mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und robusten Verfahrens zum Schweißen dicker Stahlbleche. Es werden Ergebnisse für das Fügen von Blechen im Dickenbereich von 25 mm bis 80 mm vorgestellt. Die 30 mm dicken Schweißnähte konnten im Stumpfstoß in zwei Durchgängen unter Verwendung des Laserhybridschweißens und des Unterpulverschweißens (UP) geschweißt werden. Das Laserhybridschweißen wird als Einschweißung mit einer Tiefe von ca. 25 mm ausgeführt. Die UP-Lagen werden auf der gegenüberliegenden Seite des Blechs aufgebracht. Bei richtiger Wahl der Schweißparameter wird der Nahtquerschnitt durch eine sichere Überlappung beider Lagen geschlossen. Bei Blechdicken über 30 mm ist eine Kantenvorbereitung erforderlich, die eine Ausführung der UP-Fülllagen in Engspalttechnik ermöglicht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Prozesskombination liegen darin, dass die Nahtwurzel der Laserhybridnaht nicht geformt werden muss. Defekte in der Wurzel der Laserhybrideinschweißung können durch die UP-Lagen effektiv beseitigt werden. Das Verfahren bietet eine hohe Stabilität des Schweißprozes-ses in Bezug auf die Qualität der Blechkanten. Plasmageschnittene Kanten konnten ohne Bindefehler geschweißt werden. Die erreichte Nahtqualität wurde durch zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen bestätigt.
  • Publication
    Application of Hybrid Laser Arc Welding for Construction of LNG Tanks Made of Thick Cryogenic 9% Ni Steel Plates
    ( 2023-10-18)
    Gook, Sergej
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    El-Batahgy, Abdel-Monem
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    Gumenyuk, Andrey
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    Biegler, Max
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    Rethmeier, Michael
    Hybrid laser-arc welding (HLAW) was applied for butt welding of 14.5 mm thick plates of ferritic cryogenic steel X8Ni9 containing 9% Ni, which is used for manufacturing storage and transport facilities of liquefied natural gas (LNG). The weld seam formation and the achievable metallurgical and mechanical properties of the hybrid welds were investigated experimentally for two types of filler wire, an austenitic wire dissimilar to the base metal (BM) and an experimentally produced matching ferritic wire. Safe penetration and uniform distribution of the austenitic filler metal in the narrow hybrid weld could only be achieved in the upper, arc-dominated part of the weld. The pronounced heterogeneous distribution of the austenitic filler metal in the middle part and in the root area of the weld could not ensure sufficient notched impact toughness of the weld metal (WM). As a result, a decrease in the impact energy down to 17 ± 3 J was observed, which is below the acceptance level of ≥ 34 J for cryogenic applications. In contrast, the use of a matching ferritic filler wire resulted in satisfactory impact energy of the hybrid welds of up to 134 ± 52 J at the concerned cryogenic temperature of-196 °C. The obtained results contribute to an important and remarkable conversion in automated manufacturing of LNG facilities. In other words, the results will help to develop a new laser-based welding technology, where both quality and productivity are considered. The efficiency of the developed welding process has been demonstrated by manufacturing a prototype where a segment of the inner wall of large size LNG storage tank was constructed. In this concern, hybrid laser arc welding was conducted in both horizontal (2G) and vertical (3G) positions as a simulation to the actual onsite manufacturing. The prototype was fabricated twice where its quality was confirmed based on non-destructive and destructive examinations.
  • Publication
    Joining 30 mm Thick Shipbuilding Steel Plates EH36 Using a Process Combination of Hybrid Laser Arc Welding and Submerged Arc Welding
    ( 2022-08-04)
    Gook, Sergej
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    Midik, Ahmet
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    Biegler, Max
    ;
    Gumenyuk, Andrey
    ;
    Rethmeier, Michael
    This article presents a cost-effective and reliable method for welding 30 mm thick sheets of shipbuilding steel EH36. The method proposes to perform butt welding in a two-run technique using hybrid laser arc welding (HLAW) and submerged arc welding (SAW). The HLAW is performed as a partial penetration weld with a penetration depth of approximately 25 mm. The SAW is carried out as a second run on the opposite side. With a SAW penetration depth of 8 mm, the weld cross-section is closed with the reliable intersection of both passes. The advantages of the proposed welding method are: no need for forming of the HLAW root; the SAW pass can effectively eliminate pores in the HLAW root; the high stability of the welding process regarding the preparation quality of the weld edges. Plasma cut edges can be welded without lack of fusion defects. The weld quality achieved is confirmed by destructive tests.