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LZH und ETP Laserwarmschweißen von Vergütungsstählen

| Redakteur: Bernd Otterbach

Zwei Forschungsinstitute haben ein Verfahren entwickelt, um mehrteilige Bauteile aus Vergütungsstählen in nur einem Schritt induktiv zu härten und mit dem Laser zu verschweißen.

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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 Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und das Institut für Elektroprozesstechnik der Leibniz Universität Hannover (ETP) nun ein Verfahren entwickelt, das 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.

Bearbeitungskopf, der die Arbeitsgänge in einem Prozess kombiniert

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 etwa 25 Prozent gesteigert werden, teilte das LZH weiter mit. Die Schweißnähte und die wärmebeeinflusste Zone hätten eine homogene Härteverteilung auf gewiesen. In beiden Bereichen seien martensitisches Gefüge nachgewiesen worden. Nach Beendigung des Schweiß- und Härtevorgangs ist es nach Angaben der Institute darüber hinaus möglich, die Oberfläche des Bauteils mit Hilfe des Induktors im Vorschub zu härten.

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

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