Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Influence of electron beam welding parameters on the weld seam geometry of Inconel 718 at low feed rates
    ( 2020)
    Raute, Julius
    ;
    Jokisch, Torsten
    ;
    Marko, Angelina
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Ni-based superalloys are well established in various industrial applications, because of their excellent mechanical properties and corrosion resistance at high temperatures. Despite the high development stage and a common industrial use of these alloys, hot cracking remains a major challenge limiting the weldability of the materials. As commonly known, the hot cracking susceptibility during welding increases with the amount of precipitation phases. Hence, a large amount of highstrength Ni-Alloys is rated as non-weldable. A new approach based on electron beam welding at low feed rates shows great potential for reducing the hot cracking tendency of precipitation-hardened alloys. However, geometry and properties of the weld seam differ significantly in comparison to the common process range for practical uses. The aim of this study is to investigate the influence of welding parameters on the seam geometry at low feed rates between 1 mm/s and 10 mm/s. For this purpose, 25 bead on plate welds on a 12 mm thick sheet made of Inconel 718 are carried out. First, the relevant parameters are identified by performing a screening. Then the effects discovered are further studied by using a central composite design. The results show a significant difference between the analyzed weld seam geometry in comparison to the well-known appearance of electron beam welded seams.
  • Publication
    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.
  • Publication
    Porosity of LMD manufactured parts analyzed by Archmimedes method and CT
    ( 2018)
    Marko, Angelina
    ;
    Raute, Julius
    ;
    Linaschke, Dorit
    ;
    Graf, Benjamin
    ;
    Rethmeier, Michael
    Pores in additive manufactured metal parts occur due to different reasons and affect the part quality negatively. Few investigations on the origins of porosity are available, especially for Ni-based super alloys. This paper presents a new study to examine the influence of common processing parameters on the formation of pores in parts built by laser metal deposition using Inconel 718 powder. Further, a comparison between the computed tomography (CT) and the Archimedes method was made. The investigation shows that CT is able to identify different kinds of pores and to give further information about their distribution. The identification of some pores as well as their shape can be dependent on the parameter setting of the analysis tool. Due to limited measurement resolution, CT is not able to identify correctly pores with diameters smaller than 0.1 mm, which leads to a false decrease in overall porosity. The applied Archimedes method is unable to differentiate between gas porosity and other kinds of holes like internal cracks or lack of fusion, but it delivered a proper value for overall porosity. The method was able to provide suitable data for the statistical evaluation with design of experiments, which revealed significant parameters on the formation of pores in LMD.