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Thursday, September 17, 2015, Saal Tokio 2:30 PM Stahlbau II |
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Laser-Mehrlagenengstspaltschweißen (Laser-MES) für Bauteildicken in Aluminium bis 50 mm und Stahl bis 60 mm |
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Linda Ullmann* / Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
Abt. Fügen, Deutschland Renald Schedewy / Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Winterbergstraße. 28, Deutschland Berndt Brenner/ Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Winterbergstraße. 28, Deutschland Robert Strohbach/ Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Winterbergstraße. 28, Deutschland Jens Standfuß/ Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Winterbergstraße. 28, Deutschland |
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Für Anlagen zur großtechnischen Erzeugung von Energie aber auch für den Stahlbau sind dickwandige, geschweißte Komponenten z.B. Turbinenläuferwellen oder Mastaufbauten erforderlich. Solche ortsfesten Aufbauten sind oftmals aus Stahl gefertigt, mobile oder dezentral aufgestellten Anlagen, wie z. B. Druckspeicher, bestehen hingegen häufig aus dem Leichtmetall Aluminium. Für beide Werkstoffe werden in der Fertigung bisher vornehmlich konventionelle Schweißtechnologien eingesetzt, die durch hohen manuellen Aufwand gekennzeichnet sind. Der Einsatz von Strahlschweißverfahren für große Schweißtiefen ist mit Ausnahme des Elektronenstrahls wegen der zu überbrückenden Fügespalte unüblich. Darüber hinaus stellen hohen Investitionskosten strahlbasierter Verfahren oft ein Hindernis für deren Einsatz dar. Zu den schweißtechnologischen Herausforderungen konventioneller Verfahren zählen u.a. die Regulierung der Wärmeeinbringung zur Reduzierung des Bauteilverzugs und die Erhöhung der Fertigungseffizienz durch Minimierung des Fügestellenöffnungswinkels von derzeit bis zu 60°. Diesen und weiteren Herausforderungen soll durch das am Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik entwickelte, so genannte Laser-Mehrlagenengstspaltschweißen (Laser-MES), entsprochen werden. Die neue Schweißtechnologie arbeitet mit moderaten Laserleistungen von ca. 2 bis 3 kW bei höchster Stahlqualität (SPP: 0,4 mm mrad, Faserlaser) und extrem schmalen Spalten mit Öffnungswinkeln kleiner 4°. Die Laser-MES-Technologie bietet aber auch Vorteile bei Verwendung von Laserquellen mit stark eingeschränkter Strahlqualität (SPP: 150 mm mrad, Diodenlaser) im Leistungsbereich von 10 bis 20 kW. In diesem Fall kann der Öffnungswinkel auf bis zu 12° reduziert werden, wodurch das aufzufüllende Spaltvolumen im Vergleich zu MAG- oder UP-Verfahren immer noch deutlich reduziert ist. Am Beispiel unterschiedlicher Forschungsentwicklungen wird in Abhängigkeit von der Spaltgeometrie und werkstoffrelevanter Randbedingungen, wie z.B. Kaltrissneigung, die Technologie des Laser-MES vorgestellt und Verfahrenseigenschaften erläutert. Weiterhin soll das Potenzial für den Baustelleneinsatz im Gasturbinenbau, den Tank- und den Stahlbau unter Nutzung der Vorteile des Laserstrahlschweißens, lokal begrenzte Wärmeeinbringung, hoher Automatisierungsgrad und hohe Reproduzierbarkeit der Schweißverbindung aufgezeigt werden. Darüber hinaus wird ein Überblick zur Effizienz der Nahtauffüllung und den Kosten eines konventionellen Schweißverfahrens zu der Laser-MES-Technologie erfolgen. |