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Tuesday, September 20, 2022, TZ 6 3:30 PM Moderne Schweißverfahren - WIG/MAG-Schweißen |
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Pulsmoduliertes WIG-Schweißen zur Beeinflussung der Schmelzbaderstarrung an Duplexstahl 1.4462 |
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Andreas Fey / Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, Deutschland Julia Wichmann / Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, Deutschland Stefan Ulrich*/ Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, Deutschland |
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Nichtrostender Duplexstahl zeichnet sich durch ein zweiphasiges Gefüge aus, das diesem Werkstofftyp gute mechanische Eigenschaften und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit verleiht. Das Schweißen solcher Stähle führt zu einer Veränderung des Gefüges - im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone -, die das Phasenverhältnis beeinflusst und die Korngröße verändert. Anlass für den vorliegenden Beitrag ist eine inhomogene Verteilung von Austenit über den Querschnitt der Schweißnähte von dünnwandigen Duplex-Strukturen, welche mittels Wolfram Inertgas-Schweißen (WIG) ohne Zusatzwerkstoff hergestellt werden. Dies führt zu einer erhöhten Korrosionsanfälligkeit und verringerter mechanischer Festigkeit. Es stellt sich die Frage, wie das Potenzial durch die Verwendung von pulsmodulierten WIG-Prozessen besser ausgeschöpft werden kann. Durch die Kombination von numerischer Simulation und experimentellen Untersuchungen soll ein Beitrag zur Beantwortung dieser Frage geleistet werden. Die komplexen physikalischen Vorgänge beim WIG-Schweißen wurden in ein numerisches Simulationsmodell implementiert. Als Basis stand ein Mehrphasenmodell zur Verfügung, welches die Strömung eines Metalls und eines Gasgemisches abbildet. Entscheidend für die numerische Betrachtung von Lichtbogenschweißprozessen ist das Einbinden der Magneto-Hydrodynamik, wodurch elektromagnetische Effekte an die Strömungsmechanik gekoppelt werden. Des Weiteren spielt die Thermodynamik eine entscheidende Rolle, da im Lichtbogen Temperaturen von 30000 K keine Seltenheit sind. Parallel zu den theoretischen Betrachtungen wurden Experimente durchgeführt. Aus vorangegangenen Untersuchungen zeigte sich eine positive Beeinflussung des Phasenverhältnisses hinsichtlich des Austenits und eine Reduktion der Korngröße durch die Nutzung einer mittelfrequenten Pulsung des Schweißstromes (100-200 Hz). Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde zusätzlich eine hochfrequente Pulsung (1-15 kHz) in der Hoch- und Grundstromphase sowie in den Flankenabschnitten überlagert, um die Auswirkungen auf das Gefüge zu beurteilen. Der Schweißprozess wurde messtechnisch durch ein Schweißanalysegerät, Temperaturmessungen und eine Highspeed-Kamera überwacht. Durch die Pulsung des Lichtbogens verändert sich der Lichtbogendruck und das Temperaturfeld im Schweißbad, wodurch sich eine veränderte Schmelzbaddynamik einstellt. Dies führt u.a. zur Beeinflussung der Schmelzbadform, was anhand von werkstofftechnisch präparierten Mikroschliffbildern nachgewiesen werden konnte. |