P 973 – Steigerung der Produktivität bei der Verarbeitung von dickwandigen Bau- sowie Duplexstählen durch die Anwendung des Laserstrahlschweißens unter Grobvakuum

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P973

ISBN: 978-3-946885-22-1 Artikelnummer: P973 Kategorien: ,

Beschreibung

P 973 – Steigerung der Produktivität bei der Verarbeitung von dickwandigen Bau- sowie Duplexstählen durch die Anwendung des Laserstrahlschweißens unter Grobvakuum

Das Schweißen von Dickblech ist bis heute eine Domäne für das UnterpulverSchweißverfahren (UP) mit all seinen prozessbedingten Anforderungen und Limitierungen. Die Strahlverfahren Laserstrahl oder Elektronenstrahl im Vakuum bieten ein großes Potential für Effizienzsteigerungen. Die Kombination aus drastischer Verringerung der Schweißlagen bei der Möglichkeit, auf Zusatzwerkstoff zu verzichten, führt zu einer
enormen Reduktion der Schweißzeiten und der Kosten.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, der Industrie ein innovatives und hochproduktives Schweißverfahren zum Fügen dickwandiger Strukturen aus Baustahl und von Duplexstählen zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren soll die stahlverarbeitende Industrie für die kommenden Herausforderungen im Bereich der erneuerbaren Energien und des Bausektors wappnen und so die Grundlage für einen gesteigerten Stahlabsatz schaffen.
Zur Umsetzung des Forschungsvorhabens wurde im ersten Schritt eine Anlage zum Laserstrahlschweißen im Vakuum auf die zu fügenden Blechdicken umgerüstet. Anhand von Einschweißversuchen erfolgte eine Ermittlung der Zusammenhänge zwischen Umgebungsdruck, Schweißgeschwindigkeit, Fokuslage usw. auf das Aspektverhältnis und die Nahtqualität beim Fügen von Baustahl großer Blechdicken. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden dann auf Verbindungsschweißungen an unlegiertem Baustahl übertragen. Die beantragten Projektziele (30 mm Blechdicke in einer Lage und 60 mm Blechdicke in Lage/Gegenlage) wurden in diesem Teil deutlich übererfüllt. In einer Lage wurden 50 mm Blechdicke und in Lage/Gegenlage 110 mm erfolgreich gefügt. Die erzielte Nahtqualität wurde anhand von metallographischen Methoden, zerstörungsfreier Prüfung (Sichtprüfung nach DIN EN ISO 13919 und Röntgen) und durch Bestimmung der mechanisch-technischen Eigenschaften geprüft.
Die erzielten Ergebnisse wurden im zweiten Projektteil auf das Schweißen von Duplexwerkstoffen übertragen. Dies hat sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften (Viskosität der Schmelze, Wärmeleitung) und insbesondere wegen der Zulegierung von Stickstoff als schwierig erwiesen. Durch eine umfangreiche Prozessentwicklung ist es gelungen, die angestrebten Projektziele von 10 bis 30 mm Blechdicke in einer Lage
vollständig zu erreichen. Die Nahtqualität wurde ebenfalls anhand von metallographischen Methoden, zerstörungsfreier Prüfung (Sichtprüfung nach DIN EN ISO 13919 und Röntgen) und durch Bestimmung der mechanisch technologischen Eigenschaften der Schweißnähte geprüft. Zusätzlich erfolgte eine Analyse der Mikrostruktur zur Bestimmung des AustenitFerrit Verhältnisses und Korrosionsuntersuchungen. Die Arbeitshypothese, dass durch unterschiedliche Stickstoff-Partialdrücke in der Arbeitsatmosphäre das Ausgasen von Stickstoff (Austenit-Bildner) aus den Duplexstählen reduziert bzw. verhindert und somit die Gefügeverteilung positiv beeinflusst wird, konnte messtechnisch nachgewiesen werden.
Allerdings ist der Effekt nicht ausgeprägt genug, um ein ausgeglichenes Austenit-FerritVerhältnis im Schweißgut zu erzeugen. Auf den Einsatz von Zusatzwerkstoff oder einer Wärmenachbehandlung kann daher aktuell nicht verzichtet werden.

Veröffentlichung:
2017

Autoren:
U. Reisgen, S. Jakobs, S. Olschok, C. Turner