SB_20827NLP
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2022<br />
Abschlussbericht<br />
DVS-Forschung<br />
Verfahren zur Verbesserung<br />
der mechanisch-technologischen<br />
Eigenschaften<br />
laser-hybridgeschweißter<br />
dickwandiger Feinkornbaustähle<br />
mittels oszillierender<br />
Magnetfelder
Verfahren zur Verbesserung der<br />
mechanisch-technologischen<br />
Eigenschaften laserhybridgeschweißter<br />
dickwandiger<br />
Feinkornbaustähle mittels<br />
oszillierender Magnetfelder<br />
Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben<br />
IGF-Nr.: 20.827 N<br />
DVS-Nr.: 06.3207<br />
Bundesanstalt für Materialforschung<br />
und -prüfung (BAM)<br />
Förderhinweis:<br />
Das IGF-Vorhaben Nr.: 20.827 N / DVS-Nr.: 06.3207der Forschungsvereinigung Schweißen und<br />
verwandte Verfahren e.V. des DVS, Aachener Str. 172, 40223 Düsseldorf, wurde über die AiF<br />
im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)<br />
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen<br />
Bundestages gefördert.
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek<br />
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen<br />
Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind online abrufbar<br />
unter: http://dnb.dnb.de<br />
© 2022 DVS Media GmbH, Düsseldorf<br />
DVS Forschung Band 562<br />
Bestell-Nr.: 170672<br />
I<strong>SB</strong>N: 978-3-96870-562-0<br />
Kontakt:<br />
Forschungsvereinigung Schweißen<br />
und verwandte Verfahren e.V. des DVS<br />
T +49 211 1591-0<br />
F +49 211 1591-200<br />
forschung@dvs-hg.de<br />
Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung in andere Sprachen, bleiben<br />
vorbehalten. Ohne schriftliche Genehmigung des Verlages sind Vervielfältigungen, Mikroverfilmungen und die<br />
Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen nicht gestattet.
Seite 3 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 20827 N<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
Thema ........................................................................................................................................ 1<br />
Berichtszeitraum......................................................................................................................... 1<br />
Forschungsvereinigung .............................................................................................................. 1<br />
Forschungseinrichtung(en) ......................................................................................................... 1<br />
Kurzzusammenfassung .............................................................................................................. 2<br />
1 Wissenschaftliche und Wirtschaftliche Rahmenbedingungen .............................................. 8<br />
1.1 Förderhinweis ............................................................................................................... 8<br />
1.2 Veröffentlichungen im Rahmen des Forschungsvorhabens .......................................... 8<br />
1.3 Ergebnistransfer in die Wirtschaft ............................................................................... 11<br />
1.3.1 Spezifische Transfermaßnahmen während der Laufzeit des Vorhabens ............. 11<br />
1.3.2 Geplante spezifische Transfermaßnahmen nach der Laufzeit des Vorhabens .... 13<br />
1.3.3 Einschätzung über die Realisierbarkeit ............................................................... 14<br />
1.4 Verwendung der Zuwendung ..................................................................................... 14<br />
1.5 Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeiten .................................... 15<br />
1.6 Schutzrechte .............................................................................................................. 15<br />
2 Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung ..................................... 16<br />
2.1 Anlass für das Forschungsprojekt .............................................................................. 16<br />
2.2 Stand der Technik ...................................................................................................... 17<br />
2.3 Projektziele und Arbeitshypothese ............................................................................. 22<br />
3 Versuchskonzept und verwendete Anlagentechnik............................................................ 23<br />
3.1 Anlagentechnik ........................................................................................................... 23<br />
3.2 Werkstoffe .................................................................................................................. 26<br />
3.3 Versuchsaufbau ......................................................................................................... 28<br />
4 Versuchsauswertung ......................................................................................................... 33<br />
4.1 Laserstrahlschweißversuche in Stahl/Quarzglas Konfiguration .................................. 33<br />
4.2 Mechanisch-technologische Eigenschaften ................................................................ 36<br />
4.3 Spaltüberbrückbarkeit und Kantenqualität .................................................................. 46<br />
4.4 Durchmischung .......................................................................................................... 54<br />
5 Demonstratorbau............................................................................................................... 60
Seite 4 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 20827 N<br />
6 Darstellung des wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Nutzens für KMU ....... 65<br />
7 Zusammenfassung ............................................................................................................ 66<br />
7.1 Gegenüberstellung der Herausforderungen beim Laserhybridschweißen von<br />
Dickblechen und der erzielten Ergebnisse im Rahmen des Forschungsvorhabens .... 68<br />
Literaturverzeichnis .................................................................................................................. 70<br />
Danksagung ............................................................................................................................. 74
Seite 8 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 20827 N<br />
1 Wissenschaftliche und Wirtschaftliche<br />
Rahmenbedingungen<br />
1.1 Förderhinweis<br />
Das IGF-Vorhaben „Verfahren zur Verbesserung der mechanisch-technologischen<br />
Eigenschaften laserhybridgeschweißter dickwandiger Feinkornbaustähle mittels oszillierender<br />
Magnetfelder“, IGF-Projekt Nr. 20827 N, der Forschungsvereinigung<br />
Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS Aachener Str.<br />
172, 40223 Düsseldorf wurde über die AiF im Rahmen des<br />
Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung<br />
(IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz<br />
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.<br />
1.2 Veröffentlichungen im Rahmen des Forschungsvorhabens<br />
Vorträge auf Konferenzen<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2021). Thermal Cycles and Charpy<br />
Impact Toughness of Single-Pass Hybrid Laser-Arc Welded Thick-Walled Structures. Lasers in<br />
Manufacturing Conference, Virtual Conference, Juni 2021. - Onlineteilnahme-<br />
Üstündağ, Ö., Bakir, N., Gook, S., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2021). Hybrid laser-arc<br />
welding of laser-and plasma-cut 20-mm-thick structural steels. 74th IIW Annual Assembly, Virtual<br />
Conference, Juli 2021. -Onlineteilnahme-<br />
Gumenyuk, A., Üstündağ, Ö., Bakir, N., & Rethmeier, M. (2021). Investigation of the gap<br />
bridgeability at high-power laser hybrid welding of plasma-cut thick mild steels with AC magnetic<br />
support. X International Conference Beam Technologies in Welding and Materials Processing,<br />
Odessa, September 2021.<br />
Gumenyuk, A., Üstündağ, Ö., Bakir, N., & Rethmeier, M. (2021). The effect of an AC magnetic<br />
field on flow dynamics and filler wire mixing in high power laser hybrid welding. 10th International<br />
Conference on Beam Technologies and Laser Application, St. Petersburg, September 2021. -<br />
Onlineteilnahme-<br />
Rethmeier, M., Üstündağ, Ö., Bakir, N., & Gumenyuk, A. (2021). Investigation of the gap<br />
bridgeability at high-power laser hybrid welding of plasma-cut thick mild steels with AC magnetic<br />
support. 10th International Conference on Beam Technologies and Laser Application, St.<br />
Petersburg, September 2021. -Onlineteilnahme-
Seite 9 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 20827 N<br />
Üstündağ, Ö., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2021). Elektromagnetische<br />
Schmelzbadbeeinflussung beim Laserhybridschweißen von Dickblechen. 42.<br />
Assistentenseminar der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V., Blankenau, Oktober<br />
2021.<br />
Gumenyuk, A., Üstündağ, Ö., Bakir, N., & Rethmeier, M. (2022). Influence of an external applied<br />
AC magnetic field on the melt pool dynamics at high-power laser beam welding. 18th NOLAMP<br />
Conference, Lulea, Januar 2022. -Onlineteilnahme-<br />
Rethmeier, M., Üstündağ, Ö., Bakir, N., & Gumenyuk, A. (2022). Welding of thick metal plates<br />
with laser- where are the limits?. AKL22 International Laser Technology Congress, Aachen, Mai<br />
2022. -Onlineteilnahme-<br />
Gumenyuk, A., Üstündağ, Ö., Bakir, N., Gook, S., & Rethmeier, M. (2022). Hybrid laser-arc<br />
welding of laser and plasma-cut 20 mm thick structural steels with AC magnetic support. Waitro<br />
Workshop Advanced Materials and Manufacturing Technologies for Africa and Middle East<br />
Development, Kairo, Juni 2022. -Onlineteilnahme-<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2022). Improvement of Charpy impact<br />
toughness by using an AC magnet backing system for laser hybrid welding of thick S690QL<br />
steels. 12th CIRP Conference on Photonic Technologies, Fürth, September 2022.<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Pittner, A., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2022). Einlagiges MSG-<br />
Hochleistungsschweißen von dickwandigen Baustählen mit kontaktloser elektromagnetischer<br />
Schmelzbadsicherung. DVS Congress - Große Schweißtechnische Tagung, Koblenz, September<br />
2022.<br />
Gumenyuk, A., Üstündağ, Ö., Bakir, N., & Rethmeier, M. (2022). Schweißtechnische<br />
Anwendungen von Hochleistungslasern für dickwandige Konstruktionen. Anwendertreffen<br />
Laserverbund Berlin-Brandenburg, Berlin, November 2022.<br />
Üstündag, Ö., Gumenyuk, A., Rethmeier, M., Churiaque, C., & Sanchez-Amaya, J. M. (2023).<br />
High-power hybrid laser arc welding oft hick materials with electromagnetic weld pool support.<br />
23rd Technical Sessions on Welding and Joining Technologies – CESOL, Irun – San Sebastian,<br />
März 2023 (Beitrag akzeptiert).<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2023). Analysis of microstructure and<br />
mechanical properties of single-pass laser hybrid welded thick-walled steels up to 30 mm with<br />
contactless electromagnetic backing. EMPOrIA 2023 - International Joint Conference, Aachen,<br />
Mai 2023 (Beitrag akzeptiert).<br />
Üstündag, Ö., Kampffmeyer, D., Wolters, M., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2023).<br />
Influence of shielding gas on filler wire mixing at laser hybrid welding of thick high strength steels.<br />
19th NOLAMP Conference, Turku, August 2023 (Beitrag eingereicht).
Seite 10 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 20827 N<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Brunner-Schwer, C., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2023). Process<br />
advantages of laser hybrid welding compared to conventional arc-based welding processes for<br />
joining thick steel structures of wind tower. 19th NOLAMP Conference, Turku, August 2023<br />
(Beitrag eingereicht).<br />
Veröffentlichungen in Fachzeitschriften<br />
Üstündağ, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2021). Influence of an external applied<br />
AC magnetic field on the melt pool dynamics at high-power laser beam welding. In IOP<br />
Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 1135 (1), 012017. IOP Publishing.<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2021). Investigation of the gap<br />
bridgeability at high-power laser hybrid welding of plasma-cut thick mild steels with AC magnetic<br />
support. In Journal of Physics: Conference Series, Vol. 2077 (1), 012007. IOP Publishing.<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2022). Elektromagnetische<br />
Schmelzbadbeeinflussung beim Laserhybridschweißen von Dickblechen. In DVS Berichte 42.<br />
Assistentenseminar Fügetechnik, Vol. 385, 1-7. DVS Media GmbH.<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Brunner-Schwer, C., Knöfel, F., Gook, S., Gumenyuk, A., & Rethmeier,<br />
M. (2022). Laserstrahlhybridschweissen von Türmen für Windkraftanlagen - Ökonomische und<br />
ökologische Vorteile. In Der Praktiker, Vol. 7, 340-347. DVS Media GmbH.<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Pittner, A., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2022). Einlagiges MSG-<br />
Hochleistungsschweißen von dickwandigen Baustählen mit kontaktloser elektromagnetischer<br />
Schmelzbadsicherung. In DVS CONGRESS 2022 Große Schweißtechnische Tagung DVS<br />
CAMPUS, Vol. 382, 640-645. DVS Media GmbH.<br />
Üstündag, Ö., Bakir, N., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2022). Improvement of Charpy impact<br />
toughness by using an AC magnet backing system for laser hybrid welding of thick S690QL<br />
steels. In Procedia CIRP, Vol. 111, 462-465. Elsevier.<br />
Üstündağ, Ö., Bakir, N., Gook, S., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2022). Hybrid laser-arc<br />
welding of laser-and plasma-cut 20-mm-thick structural steels. In Welding in the World, Vol. 66(3),<br />
507-514. Springer.
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