P 919 – Laser-MSG Hybridschweißen von Stahlfeinblechen

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P919

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Beschreibung

P 919 – Laser-MSG Hybridschweißen von Stahlfeinblechen

Der Stand der Technik in Bezug auf das Schweißen von höchstfesten pressgehärteten Stählen macht deutlich, dass die Entwicklung eines energiearmen und gleichzeitig gegenüber Spalt und Kantenversatz toleranten Schweißprozesses gefordert ist. Insbesondere sind hier Anforderungen, wie hohe Fügegeschwindigkeiten und minimale thermische Bauteilbelastung, unter in der Produktion auftretenden Randbedingungen wie Toleranzen im Fügebereich, fokussiert zu berücksichtigen. Ein großer Nachteil des Laserstrahlschweißens liegt in den hohen Anforderungen an die Nahtvorbereitung. Dagegen werden Lichtbogenverfahren wie das MSG-Schweißen aufgrund der Fähigkeit, Spalte und Kantenversatze zu tolerieren eingesetzt, jedoch mit einer höheren thermischen Belastung des Bauteils. Durch den in diesem Vorhaben eingesetzten Hybridprozess konnten die Vorteile der Einzelprozesse durch Kombination der Prozesse synergetisch genutzt werden.
Das in diesem Forschungsvorhaben konzipierte Hybridschweißverfahren für den Werkstoff 22MnB5 kombiniert einen Laserschweißprozess mit einem Single- Mode Laser und einen MAG-Schweißprozess. Durch die eingesetzte Strahloszillation konnte die Energieeinbringung durch den Laserstrahl präzise gesteuert werden. Erreicht wurde dadurch eine hohe  Prozesssicherheit mit einer Toleranz gegenüber Spalten bis 1 mm. Die verwendete Schweißgeschwindigkeit von 6 m/min reduziert die thermische Bauteilbelastung und garantiert eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Dasenergiearme Laser-MSG-Hybridschweißen höchstfester Stahlfeinbleche konnte außerdem auf Mischverbindungen von 22MnB5 und verzinktem DP800 angewendet werden.
Des Weiteren konnte ein temperaturgeregelter Schweißprozesses durch eine integrierte bildgebende Temperaturmessung und –regelung entwickelt werden. Diese Regelung wird für weitere Vorhaben eingesetzt, um den Energieeintrag bei Schweißprozessen wie dem Laser-MSG-Hybridprozess deutlich zu reduzieren. Die thermische Werkstoffbeeinflussung wurde hinsichtlich aller Schweißparameter und Nahteigenschaften untersucht. Hier ist herauszuheben, dass  Verbindungsfestigkeiten von bis zu 917 MPa für die quasistatische Zugbelastung erreicht worden sind.
Durch den in diesem Forschungsvorhaben beschriebenen Schweißprozess wird die Fügequalität von Schweißverbindungen an höchstfesten pressgehärteten Stahlfeinblechen aus 22MnB5 gegenüber dem bisherigen  Stand der Technik maßgeblich erhöht. Der Vorteil des neu entwickelten Prozesses einer Kombination aus MSG- und Laserstrahlschweißen ermöglicht gleichzeitig erhöhte Schweißgeschwindigkeiten und eine große Toleranz gegenüber Fügespalten. Diese Ergebnisse dienen den Stahlherstellern sowie den Stahlverarbeitern in KMU und auch  Großunternehmen, den pressgehärteten Stahl sicher und effizient in der Produktion einsetzen zu können.
Das IGF-Vorhaben 17585 BG der FOSTA-Forschungs -vereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH (BIAS) und an der Fachhochschule Brandenburg, Maschinenbau Fertigungs-/Produktionstechnik, Fügetechnik durchgeführt.

Autoren:
H. Kügler, F. Möller, F. Vollertsen, S. Baum, S.-F. Goecke

Veröffentlichung:
2015