Erweiterung der Prozessgrenzen beim Laserstrahlschweißen heißrissgefährdeter Werkstoffe

Eine Vielzahl industriell wichtiger Materialien gilt aufgrund ihrer Neigung zur Heißrissbildung als nur sehr eingeschränkt schweißbar, was ihre wirtschaftliche Nutzbarkeit beeinträchtigt. Ein typisches Beispiel ist etwa die Klasse der vergütbaren Automatenstähle. Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines Ansatzes zur Heißrissvermeidung beim Laserstrahlschweißen, der ohne Eingriff in die Metallurgie auskommt und damit prinzipiell materialklassenübergreifend anwendbar ist. Aufbauend auf einer Literaturrecherche wurden bekannte Rissursachen und vermeidungsstrategien zusammengetragen und nachgewiesen, dass durch Verringerung der thermomechanischen Rissursachen, konkret der schrumpfungsbedingten Zugbeanspruchung im teilerstarrten Gebiet, eine aussichtsreiche Möglichkeit zur Rissvermeidung existiert. Dazu muss das Temperaturfeld im Bereich der Schweißstelle so angepasst werden, dass sich die thermische Ausdehnung zusätzlich erwärmter Volumina neben der Naht mit der Nahtschrumpfung überlagert und letztere lokal kompensiert. Als besonders effektiver Ansatz für diese Anpassung wurde eine induktive Energieeinkopplung identifiziert und das Verfahren in Simulationen und Experimenten näher untersucht. Die Ergebnisse zeigen u. a., dass dadurch z.B. bei 6 mm Blechstärke erstmalig bei Vergütungsstählen über den gesamten Variationsbereich des Schwefelgehaltes heiß- und kaltrissfreie Schweißnähte erzeugt werden können.