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Tuesday, September 17, 2019, Saal 3 2:00 PM Anlagen-, Rohrleitungs- und Behälterbau |
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Zeitliche Modulation des Energieeintrages beim Laserstrahlschweißen von Duplexstählen |
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Stefan Ulrich* / ifw - Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH , Deutschland Martin Schmitz / ifw - Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, Deutschland Simon Jahn/ ifw - Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, Deutschland Peter Schaaf/ TU Ilmenau, Institut für Werkstofftechnik, Deutschland |
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Beim Laserstrahlschweißen leiden Duplexstähle unter tiefgreifenden mikrostrukturellen Transformationen, welche die Verteilung und die Phasenbilanz in den verschiedenen Bereichen der Schweißnaht beeinflussen und zum Verlust der mechanischen Eigenschaften sowie der Korrosionsbeständigkeit führen können. Der Laserschweißprozess ist durch eine hohe Aufheiz- und Abkühlrate sowie große Temperaturgradienten gekennzeichnet. Die Haltezeit zwischen Erwärmung und Abkühlung ist minimal. Vor allem beim Schweißen dünnwandiger Duplexstähle sinkt dadurch der Austenitgehalt innerhalb der Fügezone ab. Das Laserschweißen mit zeitlicher Modulation des Energieeintrages stellt hier einen möglichen Lösungsansatz dar. Während die hochdynamische metallurgische Pulsformung die Korngröße und somit die Länge der Korngrenzen steuert, ermöglicht die thermische Pulsformung eine gezielte Einflussnahme auf die Abkühlrate. Beide Größen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Mikrostruktur in der Schweißnaht. In ersten Studien wurde belegt, dass die Pulsmodulation ein vielversprechender Ansatz zur Beeinflussung der metallurgischen Vorgänge beim Laserschweißen ist. Für die Untersuchungen kam die am häufigsten kommerziell genutzte Legierung X2CrNiMo22-5-3 zum Einsatz. Es wurde angestrebt eine erhöhte Keimbildungsrate zu erzielen um die Anzahl der Korngrenzen zu vergrößern. Da die Austenitumwandlung bevorzugt an den Korngrenzen stattfindet, wirkt sich diese Vergrößerung auf den Austenitanteil im Gefüge aus. Parallel dazu ist, unter Zuhilfenahme der thermischen Pulsformung, der Abkühlgradient beeinflusst worden. Die Wärmeführung stellt eine der schwierigsten und wichtigsten Aufgaben bei Schweißprozessen dar, um die Austenitbildung zu forcieren. Im Vergleich zum kontinuierlichen Laserschweißen sorgte die zeitlich angepasste Energiedeposition im Material für ein ruhigeres Schmelzbad und somit für eine höhere Nahtoberflächenqualität. Eine homogene Oberfläche führt zu einer verminderten Anzahl aktiver Oberflächenpositionen, was prinzipiell die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Durch Variation der Laserleistung des zum Schweißen verwendeten Pulses wies die Schweißnaht ein verbessertes Phasenverhältnis auf. Der Schwerpunkt der werkstofftechnischen Analyse lag auf der Charakterisierung der Querschnittsgeometrie des Schweißguts. In Verbindung mit den Untersuchungen der Mikrostruktur, der Bestimmung der Phasenanteile, sowie der mechanischen Eigenschaften lässt sich der Einfluss des zeitlich modulierten Energieeintrages darstellen. |