Laserstrahlschweissen Leseprobe

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Die Position des Drahtes bezogen auf den Laserstrahl und auf den Fügestoß ist von entscheidender Bedeutung für die Prozeßstabilität und die Nahtqualität, siehe Abbildung 1-6 und Tabelle 1-1. x Laserstrahl z Zusatzdraht α D α G Arbeitsgasdüse Werkstückoberfläche Z Sp Δz f Z W Spaltgrund Δx G Bewegungsrichtung des Werkstücks α D α G Δx G Δz F Z S p Z W Winkel zwischen Laserstrahl und Zusatzdraht Winkel zwischen Laserstrahl und Gasdüse Position der Gasdüse Abstand des Fokus vom Schnittpunkt Strahlachse/Zusatzdraht Spalttiefe Abstand des Schnittpunktes Strahlachse/Zusatzdraht von der Werkstückoberfläche Abbildung 1-6 Drahtposition und Anordnung zum Stumpfnahtschweißen mit Zusatzdraht Einlagen-Schweißung s = 8 – 12 mm α D 30° schleppend z Sp Entspricht Blechdicke α G 30° bis 60° stechend z W 0 Δx G 0 ... 1 mm Δz F 0 mm Tabelle 1-1 Einstellwerte für das Einlagenschweißen von Stumpfstößen [1-1] 1.2.4 Einsatz von Zusatzenergiequellen Werkstoff- oder fertigungstechnische Anforderungen, die durch den Einsatz von Zusatzwerkstoff nur bedingt erfüllt werden, sind z. B. Verringerung der Aufhärtung, sichere Vermeidung von Kaltrissen und Heißrissen, Reduzierung der Porenbildung, geringer Aufwand für die Fügestellenvorbereitung oder höhere Spaltüberbrückbarkeit. Durch den Einsatz von zusätzlichen Energiequellen können in diesen Bereichen mitunter wesentliche Verbesserungen erzielt werden. Dazu wurden Hybridschweißverfahren (WIG-, MIG-, Plasma-unterstütztes Laserstrahlschweißen (siehe 9
z. B. [1-17,1-18,1-19]) oder Kombinationsschweißverfahren (induktiv unterstütztes Laserstrahlschweißen (siehe z. B. [1-20,1-21,1-22]) entwickelt und zur industriellen Anwendung gebracht. Hybridschweißverfahren können vorteilhaft eingesetzt werden zur Vergrößerung der Spaltüberbrückbarkeit, zur Verringerung der Aufhärtung an höherfesten Feinkornbaustählen, zur Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit, zur Erzeugung besonderer, bauteilangepaßter Schweißnahtgeometrien sowie zum Tailored-blank-Schweißen, zur Reduzierung der Porenhäufigkeit und Verringerung der Schuppigkeit der Oberraupe beim Laserstrahlschweißen von Aluminium. Das Laserinduktionsschweißen dagegen eröffnet prinzipiell neue Möglichkeiten zur kaltrißfreien Schweißbarkeit von Einsatzstählen, Vergütungsstählen, Werkzeugstählen (vgl. z. B. [1-23]) und Gußeisen sowie zur Verringerung der Heißrißanfälligkeit von Stählen mit angehobenem Schwefelgehalt. 1.3 Einfluß der Bearbeitungsparameter auf das Schweißergebnis 1.3.1 Mechanisch-technologische Eigenschaften Der Laserstrahlschweißprozeß ist durch hohe Temperaturgradienten und Abkühlraten gekennzeichnet. Die Abkühlzeit der Schweißnaht beeinflußt über den Phasenübergang flüssig/fest unter anderem die Ausbildung von Seigerungen, die Ausgasung sowie die Erstarrungsstruktur. Darüber hinaus ist bei Kohlenstoffstählen die Zeit zur Abkühlung von 800 auf 500 °C eine charakteristische Größe (t 8/5 -Zeit), über die die Diffusion des Kohlenstoffes und damit die Martensit-Bildung bestimmt ist. Messungen bei unterschiedlichen Untersuchungen und Anwendungen zum Laserstrahlschweißen von Baustählen ergaben typische Werte von 0,5 s < t 8/5 < 10 s. Derartige Abkühlzeiten liegen erheblich unter denen, die beim Einsatz von Lichtbogenverfahren, z. B. dem UP- Schweißen, erreicht werden (20 s < t 8/5 < 30 s). Dies kann werkstoffabhängig, z. B. bei Baustählen, zu erheblichen Aufhärtungen bis zu 500 HV 0,5 im Bereich des Schweißgutes oder der wärmebeeinflußten Zone führen. Ebenso wie die Nahtgeometrie kann jedoch auch die Aufhärtung im Nahtbereich durch die Prozeßparameter beeinflußt werden, Abbildung 1-7. So kann durch die Erzeugung von Nähten mit größerer Nahtbreite das Auftreten hoher Härten verringert werden. Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der Aufhärtung der Schweißnaht besteht in ihrer prozeßparallelen induktiven Wärmebehandlung. Die erhöhten Härtewerte in der Schweißnaht führen dazu, daß bei Zugversuchen immer ein Versagen der Probe im Grundwerkstoff, verbunden mit den entsprechenden Festigkeitswerten, zu beobachten ist. Bedingt durch die geringe Breite der Schweißnaht lassen diese hohen Härtewerte jedoch nicht unbedingt Schlüsse auf das mechanische Verhalten der Schweißnaht zu. Wird die Schweißnaht auf Biegung beansprucht, macht sich die geringe Breite der Laserstrahlschweißnaht vorteilhaft bemerkbar. Das zur Dehnung der Verbindung erforderliche Fließen wird von dem duktileren Umgebungs-Werkstoff übernommen. Dieses Verhalten wurde schon bei Versuchen zum Umformverhalten laserstrahlgeschweißter Dünnblechplatinen festgestellt und kann auf das Schweißen von Blechkonstruktionen mit großen Dicken übertragen werden. So werden bei Blechdicken bis zu s = 20 mm Biegewinkel bis zu 180° ohne Anriß erreicht. Die Zähigkeit von Schweißverbindungen wird über den Kerbschlagbiegeversuch, z. T. in instrumentierter Ausführung, bestimmt. Die Anwendung dieses technischen Versuches auf laserstrahlgeschweißte Nähte ist aufgrund der geringen Nahtbreite, der hohen Härte und der steilen Gradienten problematisch. Erfolgt die Rißeinleitung im Bereich der Schmelzzone oder der Wärmeeinfluß- 10
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Seite 12 und 13: Einschweißtiefe t [m m ] s Die Str
Seite 16: zone, so wird häufig bei der Durch

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