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Abschluss-/Projektarbeit Laserschweißen

Arbeitsort

ifw Jena

Veröffentlicht am: 13.03.2019

Wir bieten Ihnen folgende Themenstellung zur Bearbeitung:

Modellbildung beim Laserschweißen von dünnwandigen Halbwerkzeugen aus Duplexstählen

 

PROBLEMSTELLUNG

Für die Herstellung von dünnwandigen Strukturen aus Duplexstahl (d≤2,0 mm) eignen sich Schweißverfahren mit einer minimalen Wärmeeinbringung. Derzeit werden laserbasierte Prozesse häufig durch die Verwendung von Zusatzwerkstoff unterstützt, um die Austenitbildung zu verbessern.

Aufgrund der steigenden Kosten und der Anlagenkomplexität wird in industriellen Anwendungen i.d.R. vom Laserstrahlschweißen von Duplexstählen abgesehen. Wird ohne Zusatzwerkstoff gearbeitet, wird dem Schweißvorgang heute meist ein zweiter Prozessschritt angeschlossen, bspw. eine thermische Nachbehandlung. Diese kostenintensive Lösung ist jedoch auf kleine Bauteile beschränkt. Zum Erhalt der hohen chemischen Beständigkeit gegen Korrosion in chloridhaltigen Medien und der mechanischen Stabilität des Werkstoffes ist ein ausgeglichenes Phasenverhältnis unabdingbar. Um dieses zu erreichen stellt die Wärmeführung eine der schwierigsten Aufgaben beim Schweißprozess dar. Anhaltspunkte zur Parametereinstellung liefern Modelle, welche jedoch vorwiegend für höhere Blechstärken Gültigkeit haben.

ZIEL

Das Ziel der Arbeitet beinhaltet umfangreiche Untersuchungen eines laserbasierten Schweißprozesses von dünnwandigen Halbwerkzeugen aus Duplexstahl. Der Schwerpunkt liegt auf der Bildung eines Metamodells zum Laserstrahlschweißen. Durch ein Modell im Bereich der dünnwandigen Halbwerkzeuge soll eine Prognosefähigkeit geschaffen werden, um die spezifischen Werkstoffeigenschaften in der Schweißnaht abzuschätzen. Hierzu sind umfangreiche Untersuchungen am Werkstoff X2CrMnNiN22-5-2 im Blechstärkenbereich von 0,5 mm bis 2 mm durchzuführen. Dieser Werkstoff aus der Gruppe der Lean-Duplexstähle reagiert besonders sensitiv auf Änderungen der Prozessparameter. Beim Schweißen soll von der Verwendung von Schweißzusatz abgesehen werden.

Folgende Arbeiten sind durchzuführen:

  • Literaturrecherche zu den existierenden Modellen
  • für die Versuchsplanung ist ein raumfüllendes Samplingverfahren vorzusehen um ggf. hochgradig nichtlineare Verhalten sicher abbilden zu können
  • Ergänzend ist die Modellqualität mit den beiden Werkstoffen X2CrNiMoN22-5‑3 und X2CrNiMoCuWN25-7-4 zu prüfen

Die Beurteilung der Schweißnahtausbildung bzw. dessen Einfluss auf die materialspezifischen Eigenschaften erfolgt durch:

  • metallographische Prüfungen

                               Mikropräparation,
                               Härtemessung (Vickers)
                               Bestimmung des Phasenverhältnisses

  • Bestimmung der Lochkorrosionsbeständigkeit nach ASTM G48

Mit Hilfe einer Korrelationsanalyse sollen die Ergebnisse dargestellt und die einzelnen Charakteristika ermittelt werden, sowie die Auswirkung auf die werkstoffspezifischen Eigenschaften. Im Ergebnis kann dies zu einem besonders realitätstreuen Modellverhalten führen, welches im Anschluss bei einer Robustheitsanalyse nichtlinearer physikalischer Prozesse genutzt werden kann.

ORT

Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH
Ansprechpartner: Stefan Ulrich
Abteilung Fügetechnik
Telefon +49 (03641) 204 116
E-Mail sulrich@ifw-jena.de