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Tuesday, September 27, 2011, Saal D 11:50 AM Strahlverfahren |
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Eigenspannungsreduzierung in Elektronen- und Laserstrahlschweißnähten mittels nachlaufender Wärmefelder durch schnelle Strahldefokussierung und -ablenkung |
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Florian Tölle* / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Deutschland Andrey Gumenyuk / Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Deutschland Alexander Backhaus/ Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University, Deutschland Simon Olschok/ Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University, Deutschland Michael Rethmeier/ Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Deutschland Uwe Reisgen/ Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University, Deutschland |
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Schweißeigenspannungen - im Besonderen infolge von Strahlschweißprozessen - annähernd der werkstoffspezifischen Steckgrenze können durch eine mögliche Spannungsrelaxation oder verstärkte Spannungsrisskorrosion lebensdauerreduzierende Konsequenzen mit sich ziehen. Aus diesem Grund wurden viele Verfahren entwickelt, welche diese Eigenspannungen reduzieren können. Zu ihnen gehören beispielsweise das Spannungsarmglühen, aber auch modernere Verfahren wie die Low-Stress-No-Distortion-Technik. Jedoch sind diese Verfahren kostenintensiv oder nur für breite Schweißnähte und einfache Bauteilgeometrien anwendbar. Die in dieser Arbeit dargestellte Methode nutzt den Schweißstrahl für den Schweißprozess sowie in defokussierter Form für eine thermische Nachbehandlung des Bauteils. Hierfür läuft der defokussierte Strahl durch hochfrequente Strahlablenkung beidseitig der Schweißnaht mit einer bestimmten zeitlichen Distanz dem Schmelzbad nach und wird zum Aufheizen dieser Materialbereiche genutzt. Mit dieser Prozedur ist es möglich die Spannungen in schmalen Schweißnähten mit großen Spannungsgradienten im Vergleich zu anderen spannungsreduzierenden Verfahren ohne Kontaktflächen oder zusätzlichem Equipment zu reduzieren. Abhängig von der Bauteilgeometrie und der Strahlleistung können unterschiedliche Prozessparameter für dieses Verfahren angewandt werden. Hierbei sind die einstellbaren Prozessparameter der Radius des defokussierten Strahls in der Werkstückebene und die transversalen und longitudinalen Abstände zwischen dem Schmelzbad und dem defokussierten Strahl. Es werden die Mechanismen der Eigenspannungsreduzierung in diesem Prozess und deren Abhängigkeit von den Prozessparameter diskutiert und mit Ergebnissen der FEM-Simulation sowie einer Reihe von experimentellen Ergebnissen an dem ferritischen Stahl S355J2+N der Blechdicke 5 mm belegt. Die besten experimentellen Ergebnisse zeigen für Elektronenstrahl- sowie für Laserstrahlschweißnähte Spannungsreduktionen größer 70 %. |