Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Effects on crack formation of additive manufactured Inconel 939 sheets during electron beam welding

2022 , Raute, Julius , Jokisch, Torsten , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

The potential of additive manufacturing for processing precipitation hardened nickel-base superalloys, such as Inconel 939 is considerable, but in order to fully exploit this potential, fusion welding capabilities for additive parts need to be explored. Currently, it is uncertain how the different properties from the additive manufacturing process will affect the weldability of materials susceptible to hot cracking. Therefore, this work investigates the possibility of joining additively manufactured nickel-based superalloys using electron beam welding. In particular, the influence of process parameters on crack formation is investigated. In addition, hardness measurements are performed on cross-sections of the welds. It is shown that cracks at the seam head are enhanced by welding speed and energy per unit length and correlate with the hardness of the weld metal. Cracking parallel to the weld area shows no clear dependence on the process variables that have been investigated, but is related to the hardness of the heat-affected zone.

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Laser Welding of SLM-Manufactured Tubes Made of IN625 and IN718

2019 , Jokisch, Torsten , Marko, Angelina , Gook, Sergej , Üstündag, Ömer , Gumenyuk, Andrey , Rethmeier, Michael

The advantage of selective laser melting (SLM) is its high accuracy and geometrical flexibility. Because the maximum size of the components is limited by the process chamber, possibilities must be found to combine several parts manufactured by SLM. An application where this is necessary, is, for example, the components of gas turbines, such as burners or oil return pipes, and inserts, which can be joined by circumferential welds. However, only a few investigations to date have been carried out for the welding of components produced by SLM. The object of this paper is, therefore, to investigate the feasibility of laser beam welding for joining SLM tube connections made of nickel-based alloys. For this purpose, SLM-manufactured Inconel 625 and Inconel 718 tubes were welded with a Yb:YAG disk laser and subsequently examined for residual stresses and defects. The results showed that the welds had no significant influence on the residual stresses. A good weld quality could be achieved in the seam circumference. However, pores and pore nests were found in the final overlap area, which meant that no continuous good welding quality could be accomplished. Pore formation was presumably caused by capillary instabilities when the laser power was ramped out.

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Laserstrahlschweißen von additiv gefertigten Bauteilen: Einsetzbarkeit bestehender Bewertungsvorschriften

2021 , Jokisch, Torsten , Gook, Sergej , Üstündag, Ömer , Gumenyuk, Andrey , Rethmeier, Michael

Bei der additiven Fertigung im Pulverbett ist die Bauteilgröße durch den Bauraum begrenzt. Das Verbindungsschweißen additiv gefertigter Teile bietet eine Möglichkeit diese Größenbegrenzung aufzuheben. Aufgrund des spezifischen Spannungs- und Gefügezustandes im additiv aufgebauten Material ist jedoch unklar, inwiefern bestehende Bewertungsvorschriften des Verbindungsschweißens auch für Schweißnähte an additiven Bauteilen geeignet sind. Dies wird anhand des Laserstrahlschweißens von additiv gefertigten Rohrverbindungen untersucht. Die Schweißnähte werden mittels visueller Prüfung, metallographischer Untersuchungen sowie Computertomographie ausgewertet. Die festgestellten Fehlerarten sind vergleichbar zu konventionellen Bauteilen. Dies ist ein Indikator dafür, dass bestehende Bewertungsvorschriften die möglichen auftretenden Defekte auch für Schweißnähte an additiven Bauteilen abbilden.

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Untersuchung zum Elektronenstrahlschweißen heißrissgefährdeter Nickelbasis-Superlegierungen mittels statistischer Versuchsplanung

2020 , Raute, Julius , Jokisch, Torsten , Marko, Angelina , Rethmeier, Michael

Nickelbasis-Superlegierungen sind seit vielen Jahren in unterschiedlichen Industrieanwendungen im Einsatz. Aufgrund der großen Heißrissneigung ist das Schweißen dieser Werkstoffe jedoch bei einer Vielzahl von Legierungen problematisch. Neue Arbeiten auf dem Gebiet zeigen, dass entgegen den gängigen Theorien auch reduzierte Schweißgeschwindigkeiten eine Tendenz zur Verringerung der Rissneigung aufweisen. Bisher existieren jedoch kaum Erkenntnisse zum Prozessverhalten in diesem Parameterbereich. In dieser Arbeit wird daher der Einfluss der relevanten Prozessparameter beim Elektronenstrahlschweißen (EBW) auf die Nahtgestalt im Bereich geringer Vorschubgeschwindigkeiten untersucht. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse soll ein Ansatz zum rissfreien Fügen von komplexen Nickelbasis-Superlegierung gebildet werden. Die praktische Umsetzbarkeit wird abschließend anhand einiger Probeschweißungen an einem besonders heißrissgefährdeten Werkstoff demonstriert. Um fehlerfreie Verbindungen zu ermöglichen, wurden zunächst die relevanten Parameter für die Einstellung von Nahtbreite, Einschweißtiefe, Aspektverhältnis und Nahtfläche anhand einer Versuchsreihe mit 17 Blindschweißungen auf einer 12 mm dicken Platte aus Inconel 718 bestimmt. Die genaue Beschreibung des Einflusses der als signifikant identifizierten Faktoren erfolgte über die Anwendung einer Regressions- und Varianzanalyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einschweißtiefe, die Nahtbreite, das Aspektverhältnis sowie die Nahtfläche vorrangig über den Strahlstrom, die Fokuslage sowie den Vorschub beeinflusst werden können. Auf Basis der gebildeten statistischen Modelle erfolgte die Vorhersage geeigneter Parameter für eine finale Versuchsreihe. Die abschließenden Demonstratorschweißungen wurden exemplarisch an einer Nickelbasis-Gusslegierung mit besonders hohem Ausscheidungsphasenanteil durchgeführt. Hierfür wurden Schweißungen im I- Stoß an 6,5 mm und 10 mm dicken Blechen ausgeführt. Trotz der mangelnden Schweißeignung und dem hohen Anteil an Ausscheidungsphase des Werkstoffes, zeigten sich nach Optimierung der Prozessparameter keine Heißrisse mehr.

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