J. Grajczak
C. Nowroth
J. Twiefel
J. Wallaschek
S. Nothdurft
J. Hermsdorf
S. Kaierle

SFB1153-A3 Ultraschallunterstütztes Laserstrahlschweißen von Rundstangen

CZM-Absolvententag
12. Juli
Clausthal-Zellerfeld
2024
Type: Konferenzbeitrag
Abstract
Der SFB1153 „Tailored Forming“ beschäftigt sich mit dem Fügen und anschließenden Umfor-men von metallischen Mischverbindungen, um auf effiziente Weise beanspruchungsoptimierte Komponenten herstellen zu können. Entsprechend der lokalen Beanspruchungen sollen adä-quate Legierungen an definierten Stellen eines Bauteils vorhanden sein. Das Teilprojekt A3 beschäftigt sich mit dem ultraschallunterstützten Laserstrahlschweißen von Nickel-Stahl- und Stahl-Stahl-Mischverbindungen. Die wissenschaftliche Fragestellung ergibt sich aus der Einbringung des Ultraschalls als stehende Welle. Demnach kann der Schweiß-nahtbereich in Bewegungs- oder Druck-Knoten, -Bäuchen und Zwischenbereichen positioniert werden. Daraus resultieren verschiedene Möglichkeiten der Beeinflussung von Keimbildung, Gefügestruktur und Richtung der Schmelzbadströmung. Im Bereich von Druckbäuchen wird heterogene Keimbildung im Schmelzevolumen hervorgerufen, im Bereich von Bewegungsbäu-chen Fragmentierung von Dendriten. Hervorzuheben ist die Möglichkeit einer vollständigen intensiven Kornfeinung der Schweißnaht im Bereich von Bewegungsbäuchen. Daraus resultie-ren hervorragende mechanische Eigenschaften, wogegen Schweißnähte im Allgemeinen gro-be Kornstrukturen aufweisen. Aufgrund der starken Beeinflussung der Schmelzbadströmungen durch intensive Ultraschallanregung ist eine Stabilisierung des Schmelzbades in Form von zeitlicher Leistungsmodulation der Laserstrahlung notwendig. Diese wird als effiziente Metho-de ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Komponenten zunächst separat untersucht und an-schließend mit der Ultraschallanregung kombiniert. Die positive Wirkung zeigt sich in höherer Einschweißtiefe bei gleicher durchschnittlicher Schweißleistung sowie einer geringeren und gleichmäßigeren Schweißnahtbreite. Die besondere Eignung der zeitlichen Leistungsmodula-tion an den hier untersuchten Rundstangen ergibt sich aus der geometrisch bedingt abneh-menden linearen Schweißgeschwindigkeit von der Stangenoberfläche zum -zentrum. Dement-sprechend ist eine geringere lokale Energiezufuhr notwendig, um gleichbleibende lokale Streckenenergien zu gewährleisten.