Beschreibung
P 746 – Laserstrahlwarmschweißen von Vergütungsstählen während des induktiven Härteprozesses
Zur Erweiterung des Anwendungsspektrums sowie zur schnelleren und sicheren Verarbeitbarkeit von Vergütungsstählen wurde ein Prozess entwickelt, der das induktive Härten und das Laserschweißen in einem Prozess kombiniert. Diese Kombination ermöglicht es, im induktiv auf Austenitisiertemperatur erwärmten Bereich des Bauteils zu schweißen, so dass eventuell während des Schweißens entstehende Spannungen nicht auftreten. Durch das „Warmschweißen“ kann die Kaltrissgefahr im Bereich der Schweißnaht vermindert und eine Entfestigung des Grundmaterials vermieden werden. Nach Beendigung des Schweißvorgangs kann darüber hinaus die Oberfläche des Bauteils mit Hilfe des Induktors im Vorschub auf eine Temperatur oberhalb von 900 °C (> Ac3) erwärmt werden. Durch eine nachlaufende Brause wird die Schweißnaht sowie der gesamte induktiv erwärmte Bereich abgeschreckt. In diesen Bereichen herrscht damit eine homogene Härteverteilung.
Zur Untersuchung des Verfahrens wurde zunächst mit Hilfe von FEM- Simulationen und durch Auswahl einer geeigneten Probengeometrie ein kombinierter Härteschweißprozess ausgelegt. Die für den Prozess erforderliche Versuchstechnik wurde entwickelt und aufgebaut. Im Rahmen der Untersuchungen wurden Proben unter systematischer Variation der Prozessparameter erzeugt, die hinsichtlich ihrer Härte, Gefüge und optischen Eigenschaften validiert wurden. Die Ergebnisse der praktischen Versuche wurden mit den Simulationsergebnissen verglichen, so dass eine Anpassung des numerischen Modells erfolgen konnte.
Es wurde gezeigt, dass es mit diesem Verfahren möglich ist, die Prozessdauer bei der Verarbeitung von Vergütungsstählen deutlich zu verkürzen und den Prozessablauf zu vereinfachen. Die mit dieser Methode erzeugten Schweißnähte weisen im Bereich der Schweißnaht und der WEZ eine homogene Verteilung der Härte auf. In diesen beiden Bereichen desProbekörpers konnte mit metallographischen Untersuchungen martensitisches Gefüge nachgewiesen werden. Mit Hilfe der Simulation kann eine sehr exakte Vorauslegung des Prozesses erfolgen.
Das Forschungsvorhaben wurde am Laser Zentrum Hannover e. V. und am Institut für Elektroprozesstechnik, Leibniz Universität Hannover mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.
Autoren:
D. Kracht, D. Herzog, P. Kallage, R. Rosenfeld, B. Nacke, H. Schülbe, M. Mach
Veröffentlichung:
2009
