Beschreibung
P 1215 – Verteilung intermetallischer Phasen beim Laserstrahlschweißen von pressgehärteten Stählen
Der Stand der Technik zur Verbindung ultrahochfester Stähle zeigt, dass bei der schweißtechnischen Verarbeitung bereits pressgehärteter Bauteile nur verringerte mechanische Verbindungseigenschaften realisiert werden können. Aktuelle Ergebnisse aus der Anwendungsforschung zu dem Thema zeigen, dass beim Laserstrahlschweißen der Eintrag intermetallischer Phasen besonders kritisch ist. Diese sammeln sich an der Schmelzlinie und wirken bei Belastung rissinitiierend. Wenn es gelingt, die festigkeitslimitierende Wirkung der intermetallischen Phasen beim Laserstrahlschweißen abzuschwächen oder gänzlich zu vermeiden, könnte das Potential pressgehärteter Bauteile konstruktiv deutlich besser ausgeschöpft werden.
Ziel des Vorhabens war daher die Steigerung der Festigkeit lasergeschweißter Verbindungen vergüteter Mangan-Bor-Stähle, indem die rissinitiierende Wirkung intermetallischer Phasen, die in das Schweißgut eingetragenen werden, minimiert wird. Dies soll durch eine homogene Verteilung der intermetallischen Phasen im Schweißgut unter Anwendung von Strahlmodulationsstrategien bzw. einer gezielten Ultraschalleinkopplung erreicht werden.
Notwendige Grundlagenuntersuchen konnten unter anderem aufzeigen, dass eine partielle Entschichtung von einer oder beiden Kontaktflächen das Ausmaß und die Größe der Agglomeration der Schichtbestandteile signifikant reduzieren kann.
Die Anwendung einer gezielten Ultraschalleinkopplung führte nicht zur Verhinderung der Agglomerationsbildung und es konnte ein erheblicher Verschleiß der Sonotrode festgestellt werden, sodass hierzu kein wirtschaftlicher Anwendungsfall für umgesetzt werden konnte. Hinsichtlich der Verwendung einer örtlichen Strahlmodulation, welche anhand von 1-D und 2 D Oszillationsmustern umfassend untersucht wurde, konnten bei geeigneter Parameterwahl keine Agglomerationen detektiert werden, weshalb das Verfahren als zielführend für eine industrielle Anwendung zur Verhinderung der Agglomerationsbildung identifiziert wurde. Mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie konnte gezeigt werden, dass die Schichtrückstände feinverteilt im Schweißgefüge vorliegen. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass anstelle eines Bruchs entlang der rissinitiierenden Agglomerationen ein bevorzugter Scherbruch erreicht wird. Weiterhin kann die Anbindungsbreite bei allen Modulationsstrategien im Vergleich zur linearen Schweißung bei gleicher Schweißgeschwindigkeit gesteigert werden, was sich positiv auf die maximal ertragbare Kraft der Schweißverbindung auswirkt. Die Festigkeit der Verbindungen wird dabei weniger von den Agglomerationen der intermetallischen Phasen, sondern insbesondere durch den allgemeinen Schichteintrag in das Schweißgut sowie die Härte des Gefüges beeinflusst und somit ist eine homogene Verteilung der Schichtrückstände allein nicht ausreichend für eine Festigungssteigerung. Die Anwendbarkeit einer örtlichen Strahlmodulation wurde für das praxisrelevante Laserstrahltiefschweißen von Hutprofilen demonstriert. Das Ziel des Forschungsvorhabens, intermetallische Sprödphasen homogen zu verteilen und dadurch die rissinitiierende Wirkung zu minimieren wurde erreicht.
Veröffentlichung:
November 2022
Autoren:
Sc. M. Möbus, M. Sc. T. Mattulat
