Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Untersuchung zum Elektronenstrahlschweißen von additiv gefertigtem Inconel 939

2022-12 , Raute, Maximilian Julius , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Hochfeste Nickelbasislegierungen wie Inconel 939 spielen eine wesentliche Rolle im modernen Turbinenbau. Additive Fertigungstechnologien eröffnen hierbei neue Möglichkeiten für die Verarbeitung, jedoch fehlen verlässliche Fügeprozesse für die Absicherung der additiven Prozesskette im Bereich Neuteilfertigung und Instandsetzung. Insbesondere Heißrisse stellen eine große Herausforderung an die Fügetechnik. Die vorliegende Untersuchung befasst sich daher mit dem Verhalten von additiv gefertigten Blechen aus Inconel 939 beim Elektronenstrahlschweißen. Es werden grundlegende Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Härte und Rissneigung betrachtet und Ansätze für eine Optimierung auf Basis statistischer Versuchsplanung aufgezeigt. Hierbei erfolgt eine Einteilung der Risse nach bestimmten Nahtbereichen. Risse am Nahtkopf können durch die Faktoren Vorschub und Streckenenergie sowie die Härte des Schweißgutes beeinflusst werden. Risse im Bereich der parallelen Nahtflanken stehen hingegen im Zusammenhang mit der Härte der Wärmeinflusszone. Ein abschließender Vergleich der angepassten Parameter mit der Ausgangssituation zeigt, dass durch Anwendung der statistischen Optimierung eine deutliche Reduzierung der Rissneigung erreicht werden kann.

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Neue Potentiale der Impulsmagnetik

2011 , Uhlmann, E. , Prasol, L. , König, C. , Ziefle, A.

Die impulsmagnetischen Verfahren lassen sich nicht nur zur Umformung von Aluminium- und Kupferlegierungen einsetzen, sondern besitzen durch die sehr hohe Umform- bzw. Bauteilgeschwindigkeit einzigartige Möglichkeiten. Die hohe impulsförmige Kraft, die den Verfahren eigen ist, ermöglicht das Schockverschweißen von Profilen und Blechen unterschiedlicher Materialien. Die Umformgeschwindigkeiten von bis zu ? = 25000 s-1 erlauben das Umformen von Magnesiumlegierungen zu Formänderungen, die konventionell nur mit Vorwärmen realisierbar sind. Des Weiteren lassen sich mit dem impulsmagnetischen Verfahren Werkzeuge auf kürzestem Wege auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen, mit denen neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Die Beschleunigung auf hohe Werkzeuggeschwindigkeiten auf kürzestem Wege bietet Potenzial, höherfeste Werkstoffe umzuformen und zu zerteilen, bei Reduktion des Werkzeugverschleißes. Die Effekte, die durch die schnelle adiabate Bearbeitung im Werkstoff entstehen, können so genutzt werden. Als innovative Fügetechnologie ermöglicht das impulsmagnetische Schweißen für das Fügen artfremder Metalle einen schnellen, berührungslosen und aufgrund nicht vorhandener Emissionen umweltfreundlichen Prozess. Da der Fügemechanismus anders als bei konventionellen Verfahren nicht thermisch induziert, sondern druckbasiert umgesetzt wird, sind die üblichen Beschränkungen der Verschweißbarkeit nicht von der Schmelztemperatur bestimmt. Es bildet sich eine wenige µm dicke Schweißschicht, in der ein Härtemaximum in Querrichtung zur Schweißnaht lokalisiert ist. Bei der Auslegung von impulsmagnetischen Umformprozessen kann mittlerweile verlässlich auf die Hilfe von elektromagnetischer als auch strukturdynamischer FEM-Simulation zurückgegriffen werden. Hierbei kann mittels Geometrie- und Materialvariation eine optimale Spulengeometrie ermittelt werden. Das Umformen von Magnesiumlegierungen bei Raumtemperatur ermöglicht, den aufwendigen und u.a. kostenintensiven Schritt des Erwärmens während der Prozesskette einzusparen. Das impulsmagnetische Umformen von Magnesiumknetlegierungen bei Raumtemperatur bietet somit einen Anreiz, dieses Verfahren beispielsweise im Fahrzeugbau zu integrieren und somit die Produktionskosten zu senken.

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Schweißen unter Zug - LME-Eingangsprüfung für die Autoindustrie

2021 , El-Sari, Bassel , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Der Trend zum Leichtbau und die Transformation zur E-Mobilität in der Automobilindustrie befeuern die Entwicklung neuer hochfester Stähle für den Karosseriebau. Derartige Werkstoffe sind beim Widerstandspunktschweißen besonders rissanfällig (LME). Das Schweißen unter Zug stellt eine effektive Methode um die LME-Anfälligkeit unterschiedlicher Werkstoffe qualitativ zu bestimmen.

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Realisierung eines mobilen Kleinrobotersystems zum Schweißen von Schiffssektionen

1991 , Kirchberger, G. , Seliger, G.

In the preassambly of ship sections manual welding operations take up over 50% of the total working hours. Therefore exists a high demand to decrease production costs in this area, which is predominantly marked by manual labor. The specific conditions in shipbuilding manufacturing leads to some problems, which render the use of conventional welding robots more difficult than in other industries such as car manufacturing. The specific problems are: -large parts to be welded, -high tolerances in cutting and positioning, -low mass production, -rough environment, -often constained acessibility and -difficult and demanding working conditions for specific parts or welds. High emphasis is given for low cost automation, e.g. portable welding robots used as stationary devices or small welding robots, of which two or more can be used simultaneously on varying areas of a part.

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Qualifizierung der instrumentierten Eindringprüfung zur Kennwertermittlung für hochfeste Stähle mit Schweißungen

2020 , Rethmeier, Michael , Javaheri, Ehsan , Biegler, Max

Der Einsatz von hochfesten Stählen im Karosseriebereich des Automobilbaus hat während der letzten Jahre stark zugenommen. Hierzu zählen Dual- und Komplexphasenstähle, welche durch Kombination unterschiedlicher Gefügebestandteile auch deren Vorteile kombinieren, sowie TRIP (TRansformation Induced Plasticity) und Mangan-Bor Stähle, welche sehr gute Umformeigenschaften mit hohen Festigkeiten durch Martensitbildung bei der Umformung kombinieren. TWIP (Twinning Induced Plasticity) Stähle erreichen ähnliche Effekte durch forcierte Zwillingsbildung. Die Ursachen für den Einsatz dieser Stähle liegen in dem Potential dieser Materialien zur Gewichts- und Kostenreduzierung, bei gleichzeitiger Erhöhung der Fahrgastsicherheit. Auf Grund der prinzipiell gegebenen Schweißeignung dieser Stähle, werden die klassischen Fügeverfahren im Karosseriebau wie das kostengünstige und effektive Widerstandspunktschweißen, das Metall-Schutzgas (MSG)-Schweißen oder das Laserschweißen angewendet. Allerdings treten teilweise Herausforderungen, beispielsweise durch Gefügeveränderungen in den Fügestellen auf, die zu ungewollten Aufhärtungen oder Erweichungen führen. In diesem Projekt wird ein Verfahren entwickelt, mit welchem die lokalen Werkstoffeigenschaften von im Automobilbau typischen Werkstoffen und deren Fügestellen bestimmt werden können. Relevante Kennwerte sind in erster Linie das SpannungsDehnungs-Verhalten der verschiedenen Zonen einer Schweißverbindung; relevante Zonen wiederum sind neben dem Grundwerkstoff die Wärmeeinflusszone und das Schweißgut. Zu diesem Zweck wird das Verfahren der instrumentierten Eindringprüfung für den Einsatz bei hochfesten Stählen weiterentwickelt. Zunächst werden hierzu Zugversuche an einfachen Grundwerkstoffgeometrien durchgeführt. Im Anschluss wird die optische Dehnungsfeldmessung an stark taillierten, geschweißten Zugversuchsproben durchgeführt. Die Taillierung dient dem Zweck, die WEZ auch mittels WPS über den gesamten Querschnitt der Probe erzeugen zu können, bzw. im Versuch auch Dehnungen in den relevanten Bereichen herbeizuführen. Das im Projekt angewendete Auswerteverfahren, welches auf nichtlinearen Regressionsmodellen in Form von künstlichen, neuronalen Netzwerken beruht, ermöglicht die Vorhersage des Festigkeitsverhaltens des Werkstoffes anhand der gemessenen Krafteindringwegdaten.

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Mobile Roboter zum Schweißen von Großteilen

1989 , Seliger, G. , Kirchberger, G.

Schweißroboter im Bereich der Großteilmontage wurden bisher überwiegend als werkstückübergreifende Portal- oder Gantrysysteme realisiert. Eine Alternative und Ergänzung können kleine, mobile Schweißroboter darstellen. Sie sind ortsungebunden und können so flexibel für Montageaufgaben eingesetzt werden. Mobile Schweißroboter können in transportable Systeme in Gelenkarmbauweise und in selbstfahrende, traktorähnliche Roboter eingeteilt werden. Wegen der Vielfalt der Werkstückgeometrien und der engen Bindung des Roboters an das Werkstück müssen mobile Roboter aufgabenspezifisch ausgelegt werden, z.B. zum Schweißen häufig vorkommender Bauteilabschnitte oder Nahtarten. Roboter für den Einsatz an ebenen Bauteilstrukturen sind als Prototypen realisiert oder befinden sich im Entwicklungsstadium. Für das automatisierte Schweißen räumlich gekrümmter Bauteile, wie sie z.B. im Schiffbau vorkommen, sind hinreichend detaillierte Lösungen bisher nicht bekannt. Als Entwicklungsansatz wird die Verwendun g magnetischer Kommonenten für die Antriebsbaugruppe selbstfahrender Roboter vorgeschlagen. Ein Problem beim automatisierten Schweißen von Großteilen stellt die Beherrschung der hohen Toleranzen bezüglich der Fugengeometrie dar. Voraussetzung für den Robotereinsatz ist daher eine hinreichend genaue Positionierung der Bauteile in der Zusammenbauphase.

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