Lasertechnik verkürzt die Prozessdauer beim Schweißen von Vergütungsstählen

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und das Institut für Elektroprozesstechnik der Leibniz Universität Hannover (ETP) haben ein Verfahren entwickelt, um mehrteilige Bauteile aus Vergütungsstählen in nur einem Schritt induktiv zu härten und mit dem Laser zu verschweißen.

Für sehr stark beanspruchte Bauteile werden häufig Vergütungsstähle eingesetzt, weil diese dank Wärmbehandlung eine sehr hohe Zug- und Dauerfestigkeit aufweisen. Um vergütete Stähle zu schweißen, durchlaufen diese im Vorfeld einen komplexen mehrstufigen Prozess, damit eine rissfreie und belastbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen aus Vergütungsstahl überhaupt erst möglich ist.

Daher haben das LZH und das ETP nun ein Verfahren entwickelt, welches das induktive Härten und das Laserstrahlschweißen von mehrteiligen Bauteilen in einem Prozessschritt kombiniert. Während des induktiven Erwärmens der Bauteile auf eine Temperatur von mehr als 900 °C werden diese im erwärmten Bereich lasergeschweißt und anschließend abgeschreckt. Durch das so genannte „Warmschweißen“ können auftretende Spannungen beim Schweißen sofort abgebaut werden, so dass die Kaltrissgefahr an der Schweißnaht und eine Entfestigung des Grundmaterials vermieden wird.

Dafür wurde mit Hilfe einer Simulation ein Bearbeitungskopf konzipiert und gebaut, der das induktive Erwärmen, den Schweißvorgang und das Abschrecken in einem Prozess kombiniert. Der Prozesskopf besteht im Wesentlichen aus einem Laserbearbeitungskopf, einem Induktor, einer Abschreckdusche und einer Schutzgasdüse.

Mit diesem Prozesskopf konnte die Einschweißtiefe gegenüber nicht vorgewärmten Bauteilen um ca. 25 % gesteigert werden. Die Schweißnähte und die wärmebeeinflusste Zone weisen eine homogene Härteverteilung auf und in beiden Bereichen wurde martensitisches Gefüge nachgewiesen. Nach Beendigung des Schweiß- / Härtevorgangs ist es darüber hinaus ebenfalls möglich, die Oberfläche des Bauteils mit Hilfe des Induktors im Vorschub zu härten.

Mit diesem Warmschweiß-Verfahren wird die Prozessdauer bei der Verarbeitung von Vergütungsstählen deutlich verkürzt und der Prozessablauf vereinfacht. Mit Hilfe der entwickelten Prozesssimulation kann außerdem eine exakte Vorauslegung des Prozesses erfolgen.

Das Forschungsprojekt wurde durch die Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, finanziell unterstützt und von der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf koordiniert.

Kontakt:
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Michael Botts
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Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

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