Abstract No.:
6164

 Scheduled at:
Tuesday, September 17, 2019, Saal 3 9:30 AM
Schiffbau


 Title:
Laserstrahlschweißen dickwandiger und großformatiger Stahlbaustrukturen mit modernen Diodenlasern: Eine Alternative zum Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen?

 Authors:
Dirk Dittrich* / Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik Abt. Füge- und Randschichttechnologien, Deutschland
Robert Strohbach / Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Deutschland
Frieder Zimmermann/ Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Deutschland
Axel Jahn/ Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Deutschland

 Abstract:
Die Fügetechnik im Stahl- und Schiffbau wird traditionell durch konventionelle Fügetechnologien do-miniert. Etablierte Lichtbogen-Schweißverfahren stoßen aufgrund der Forderungen nach verbesserter Bauteilqualität, Verzugsfreiheit und wegen des enormen Kostendrucks angesichts der globalen Konkurrenzsituation sowie der fehlenden Anwendbarkeit auf höherfeste Werkstoffe an ihre Grenzen. Auch der Einsatz des Laserstrahls in Hybridverfahren ist aufgrund großer Schweißquerschnitte und Bauteiltoleranzen auf wenige Anwendungen begrenzt.
Verfahrens- und systembedingt erfordert das Laser-MSG-Hybridschweißen mechanisch vorbereitete Fügestellen, während beim Lichtbogen- bzw. UP-Schweißen im Dickblechbereich Öffnungswinkel von bis zu 45° notwendig sind. Hohe Bearbeitungs- und Werkstoffverschnittkosten sind die Folge. Um die erzeugte Schweißfuge mit möglichst wenigen Lagen zu schließen, ist eine hohe Abschmelzleistung für die Effizienz des eingesetzten Verfahrens entscheidend. Der damit verbundene Energieeintrag in das Bauteil ist entsprechend groß und hat aufgrund des resultierenden Bauteilverzuges oftmals erhebliche Richtkosten zur Folge.
Mit dem neuen Entwicklungsansatz des Laser-Mehrlagenschweißens unter Verwendung von Hochleistungsdiodenlasern sollen diese Limitationen überwunden werden. Diese Strahlquellen ermöglichen die Nutzung der lasertypischen Vorteile eines geringen Energieeintrages, verbunden mit einer Minimierung von Schweißeigenspannungen und -verzug. Ein deutlich reduzierter Öffnungswinkel der Schweißnahtvorbereitung <15°, angepasst an die Strahlkaustik des Lasers, verringert darüber hinaus erheblich die Menge an Schweißzusatzwerkstoff. Andererseits sollen durch eine angepasste Fokussierung die vorteilhaften stahlbautypischen Verfahren (Plasmazuschnitt) und Toleranzen für die Nahtvorbereitung weiterhin nutzbar bleiben.
Die Arbeiten fokussieren sich zunächst auf typische Schweißanwendungen des Stahl- und Kranbaus im Wandstärkenbereich bis 40 mm. Ausgehend von einer anwendungsspezifischen Analyse der An-forderungen an Gestaltung, Schweißverfahren und Prozesstechnik, erfolgt die lasergerechte Konstruktion für ausgewählte Stoßgeometrien. Den Kernpunkt der Arbeiten stellt die Entwicklung des Schweißprozesses zum Laser-Mehrlagenschweißen mit der angestrebten Optimierung zwischen Wärmeeinbringung, Prozessstabilität (Spaltüberbrückbarkeit), Bauteilqualität (Verzug) und Wirtschaft-lichkeit (Schweiß-, Nebenzeiten) dar. Dazu werden Prozessparameterfenster für unterschiedliche Schweißpositionen entwickelt und an praxisrelevanten Schweißproben validiert. Darüber hinaus wird speziell für den Schiffbau das Potenzial des Laser-MES-Schweißverfahrens an Platten mit einer Wandstärke von bis zu 100 mm aufgezeigt.


<= go back