P 642 – Verbesserung der Kerbgeometrie zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von höherfesten und nichtrostenden Stählen durch Prozesssteuerung und innovative Nachbehandlung beim Laser- und Lichtbogenschweißen und –löten

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ISBN: 978-3-946885-91-7 Kategorien: ,

Beschreibung

P 642 – Verbesserung der Kerbgeometrie zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von höherfesten und nichtrostenden Stählen durch Prozesssteuerung und innovative Nachbehandlung beim Laser- und Lichtbogenschweißen und –löten

Ziel des Vorhabens war, durch eine Verbesserung der Nahtgeometrie bei Kehlnähten an Überlappstößen (Blechdicke s = 2mm) höhere Schwingfestigkeiten (im Idealfall bis zu der des Grundwerkstoffes) zu erzielen. Hierzu wurde zunächst die Prozesssteuerung bei bereits bekannten und in der Fertigung etablierten Fügeverfahren (Laserstrahlschweißen und –löten, MSG-Schweißen, MSG-Löten, Laser-MSG-Hybridschweißen) für zwei Stähle, einem hochfesten ferritischen-martensitischen Dualphasenstahl (DPW600/ 1.0936) und einem nichtrostenden austenitischen Stahl (H400/1.4376) optimiert. Es wurden der Einfluss der Energieintensität und ihrer Verteilung während des Schweißens, der Einfluss der Schweiß- bzw. Lotzusätze sowie des Schutzgases auf den Nahtübergangsradius und Nahtanstieg untersucht. Des Weiteren wurde bei den MSGLötverfahren versucht, den Einfluss der Nahtgeometrie durch eine thermische Nachbehandlung durch das kombinierte MIG-WIG Verfahren zu verringern. Um die Umsetzung der Ergebnisse in der industriellen Fertigung zu gewährleisten, sollte die Übertragbarkeit der Verfahren auf ein Demonstrator- Bauteil ebenfalls geprüft werden.
Zu einer ersten Beurteilung der Schwingfestigkeit wurden für beide Werkstoffe zunächst Wöhlerversuche an Flachproben mit Überlappnähten durchgeführt. Im nächsten Schritt wurden an Flachproben mit Überlappnähten Gassnerversuche (variable Belastungsamplitude) durchgeführt. Als Schweißverfahren wurden dabei für beide Werkstoffe das Laser-MSG-Hybridschweißen, das Laserstrahlschweißen und das MIGWIG-Löten eingesetzt. Letzteres stellt dabei aufgrund der thermischen Nachbehandlung durch den WIG-Prozess eine Verbesserung des MSG-Lötens bzgl. Der Nahtgeometrie dar und wurde, gemäß der Ergebnisse der Wöhlerversuche, unter Verwendung des Zusatzwerkstoffes AlBz5Ni2 für den DP-W600 und mit dem Zusatzwerkstoff CuAl8 für den H400 eingesetzt. Ergänzend wurden für diese Varianten aus Gründen der Vergleichbarkeit auch noch die entsprechenden Wöhlerversuche durchgeführt.
Die Umsetzbarkeit der Optimierung des Fügeprozesses wurde zum Abschluss des Projekts an einem realen Bauteil verifiziert. Hierzu wurden Instrumententafelträger mit einer geschweißten Lenksäulenbefestigung bei einem Industriepartner des Betreuerkreises nach den im Projekt gewonnen Erkenntnissen hergestellt.

Veröffentlichung:
Oktober 2020

Autoren:
Dr. J. Laakmann, Dr.-Ing. M. Küppers, Prof. Dr.-Ing. C. M. Sonsino, Dipl.-Ing. A. Sevim, Dipl.-Ing. St. Longerich, Dipl.-Ing. D. Piontek, Dr.-Ing. J. Gollnik, Dr.-Ing. A. Zwick, Dipl.-Ing. R. Imhoff