Beschreibung
Nach der erfolgreichen Einführung des Laserstrahlschweißens mit bis zu 6 kW in die großtechnische Fertigung, z.B. von Automobilblechen als tailored blanks, werden
gegenwärtig Laserstrahlquellen mit Ausgangsleistungen bis zu 40 kW für größere Blechdicken entwickelt. Erste Ergebnisse von systematischen Dauerfestigkeitsuntersuchungen an Schweißverbindungen im Labormaßstab liegen hierzu bereits vor. Sie gelten Blechdicken bis zu 12 mm, bei denen die Fügekanten durch Fräsen vorbereitet wurden und die Laserschweißnaht ideal ausgebildet ist. Gegenüber konventionell hergestellten Schweißverbindungen wurden bis zu 50% höhere Dauerfestigkeitswerte erreicht und mit der günstigeren Nahtgeometrie begründet. Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die experimentelle Ermittlung der Schwingfestigkeit von Laserstrahlschweißverbindungen höher- und hochfester Baustähle von 8 – 1 2 mm, die unter den Bedingungen der Praxis hergestellt worden sind.
Zur Vorbereitung der Fügekanten wurde eine Feinstrahlvariante des Plasmaschneidens gewählt. Dieses Verfahren wird gegenwärtig in der Industrie im Rahmen der Genaufertigung von Stahlbauteilen eingesetzt. Die anschließende Laserverschweißung erfolgte unter Verwendung von Zusatzdraht zu Stumpf- und Kreuzstößen. Die Schwingfestigkeit dieser Verbindungen wurde zunächst mathematisch abgeschätzt und anschließend mit den experimentellen Ergebnissen der Dauerfestigkeitsuntersuchungen (Wöhler-Versuche) verglichen. Die für konventionelle Schweißnähte entwickelten mathematischen Konzepte wurden bereits mit gutem Erfolg auf ideale Laserschweißverbindungen angewendet. Sie basieren auf der äußeren Nahtgeometrie und erlauben eine zufriedenstellende Abschätzung der Wöhler-Kurve für Schweißnähte, die keinen inneren Fehler aufweisen.
Für die unter Praxisbedingungen hergestellten Laserschweißnähte wurden experimentell Dauerfestigkeitswerte ermittelt, die im Streuband für vergleichbare konventionelle Schweißnähte liegen. Unregelmäßigkeiten stehen im Zusammenhang mit porenbehafteten Schweißnähten und variierenden Nahtgeometrien infolge der Fügekantenvorbereitung durch Plasmaschneiden. Die angewendeten einfachen mathematischen Konzepte haben deshalb nur Näherungswerte erbracht. Die Untersuchungen machten indes deutlich, daß lasergeschweißte Baustähle auch bei ungünstig ausgebildeten und porenbehafteten Schweißnähten mindestens die Dauerfestigkeit konventionell hergestellter Schweißverbindungen erreichen. Es zeigte sich ferner, daß die extremen Eigenschaftsgradienten im Übergang vom thermisch unbeeinflußten Grundwerkstoff zur Schweißnaht keine negative Auswirkung haben. Die Untersuchungsergebnisse werden wesentlich dazu beitragen, die Akzeptanz dieses Hochleistungsfügeverfahrens insbesondere im Schiffbau, im Schienenfahrzeugbau und im Mobilkranbau zu verbessern.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG E.V.
Veröffentlichung:
1996
Autoren:
Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. e.h. W. Dahl, Dipl.-Ing. P. Reinhold
