Abstract No.:
6702

 Scheduled at:
Thursday, September 17, 2020, Virtueller Raum 2 10:00 AM
DVS CAMPUS - Strahlschweißverfahren


 Title:
Untersuchung zum Elektronenstrahlschweißen heißrissgefährdeter Nickelbasis-Superlegierungen mittels statistischer Versuchsplanung

 Authors:
Julius Raute* / Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin
Angelina Marko / Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Deutschland
Torsten Jokisch/ Siemens AG, Deutschland
Michael Rethmeier/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM, Deutschland

 Abstract:

Nickelbasis-Superlegierungen haben sich bereits seit vielen Jahren in unterschiedlichen Sektoren der Industrie als Standardwerkstoff etabliert. Bei der Fertigung moderner Gasturbinen existieren kaum Werkstoffalternativen, welche den extremen thermischen sowie mechanischen Belastungen über längere Zeit standhalten können. Kommt es aufgrund von Verschleiß oder Beschädigungen zum Ausfall einer Komponente, müssen aus wirtschaftlicher Sicht Möglichkeiten vorhanden sein, diese zu reparieren oder gegebenenfalls zu ersetzen. Während oberflächliche Beschädigungen instandgesetzt werden können, ist der Austausch ganzer Bereiche problematisch. Die hohe Heißrissneigung macht das schweißtechnische Fügen dieser Werkstoffe mit konventionellen Verfahren bisher nahezu unmöglich. Als besondere Herausforderung zeigen sich hier besonders hohe Anteile an Ausscheidungsphasen, da deren mechanische Eigenschaften besonders empfindlich auf Risse und Änderungen im Gefüge reagieren. Ein Verfahren, welches aufgrund seiner besonderen Eigenschaften auch zum Fügen von Nickelbasis-Superlegierungen großes Potential zeigt, ist das Elektronenstrahlschweißen (EBW). In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit eine Anpassung der Prozessparameter im Bereich geringer Vorschubgeschwindigkeiten zu einer Verbesserung des Schweißergebnisses bei Nickelbasis-Superlegierungen führt. Um fehlerfreie Verbindungen zu ermöglichen, wurden zunächst die relevanten Prozessparameter für die Einstellung von Nahtbreite, Einschweißtiefe, Aspektverhältnis und Nahtfläche anhand eines Screenings mit 16 Bead on Plate Welds bestimmt. Die genaue Beschreibung des Einflusses der als signifikant identifizierten Faktoren geschah in einem zweiten Schritt, durch Erweiterung des bestehenden Teilfaktorplans zu einem zentral-zusammengesetzten Versuchsplan. Zur Gewährleistung einer wirtschaftlichen Durchführung der Experimente, wurden für die Voruntersuchung zunächst 12 mm Bleche aus IN 718 gewählt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zielgrößen vorrangig über den Strahlstrom, die Fokuslage sowie den Vorschub beeinflusst werden können. Auf Basis der gebildeten statistischen Modelle erfolgte die Vorhersage geeigneter Parameter für eine finale Versuchsreihe. Die abschließenden Demonstratorschweißungen wurden exemplarisch an einer Nickelbasis-Gusslegierung mit besonders hohem Ausscheidungsphasenanteil durchgeführt. Hierfür wurden Schweißungen im I-Stoß an 6,5 mm und 10 mm dicken Blechen ausgeführt. Trotz der mangelnden Schweißeignung des Werkstoffes, zeigten sich nach Optimierung der Prozessparameter keine Heißrisse mehr.



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