Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Laserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität

2023-09 , Kampffmeyer, Dirk , Wolters, Michael , Raute, Julius , Müller, Vinzenz , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon.

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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.

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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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Elektronenstrahl schweißt additiv gefertigte Nickel-Superlegierungen

2021 , Raute, Julius , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Die Additive Fertigung ist ideal zur Herstellung und Reparatur komplexer Bauteile aus hochfesten Werkstoffen. Doch es fehlen Fügeverfahren, die Heißrisse vermeiden. Die Lösung heißt Elektronenstrahl.

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