Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
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LaserCast

Laserstrahlschweißen von Gusseisen mit induktiver Temperaturführung sowie oszilierender Strahlführung

Gusseisen mit Kugelgraphit ist ein Werkstoff, der aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und im Vergleich zu Stahl günstigen Herstellungskosten in fast allen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt wird. Ein Problem bei der Nutzung des Werkstoffs ist jedoch die stoffschlüssige Verbindung zu anderen, besonders artgleichen, Bauteilen.

Der hohe Kohlenstoffgehalt des Werkstoffs führt bei der Anwendung von Schmelzschweißverfahren zu sehr hohen Aufhärtungen in der Schweißnaht, die wiederum Härterisse nach sich ziehen. Um dem entgegenzuwirken, werden die zu fügenden Bauteile in der Regel zeitaufwendig und energie-intensiv vor- und nacherwärmt oder es wird teurer und ökologisch bedenklicher nickelhaltiger Zusatzwerkstoff verwendet. Aus diesen Gründen hat sich das Konstruktionsschweißen bei Bauteilen aus Gusseisen bis jetzt noch nicht durchsetzen können.

Die Möglichkeit Guss/Guss-Verbindungen fügen zu können, würde die Angebotsvielfalt insbesondere im Bereich der KMU deutlich erhöhen. Aufgrund der vergleichsweise günstigen zusätzlichen Anlagentechnik ergeben sich viele konstruktive und prozesstechnische Vorteile für KMU aus dem Bereich des Lohnschweißens. Das angestrebte Forschungsvorhaben untersucht daher einen Laserstrahlschweißprozess für Guss/Guss-Verbindungen, der auf einen Zusatzwerkstoff verzichten kann und dennoch kurze Taktzeiten vorweist. Ermöglicht werden soll dies durch eine zusätzliche induktive Erwärmung der Schweißnaht während des Schweißprozesses, die die Gefügebildung in der Schweißnaht derart beeinflusst, dass die Aufhärtung reduziert und möglichst unterbunden werden kann.

Die Anordnung der Induktoren hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf das Schweißergebnis. So senkt eine Vorwärmung des Schweißnahtbereiches die Rissanfälligkeit und eine Nachwärmung mindert die Abkühlgeschwindigkeit und somit die Martensitbildung. Neben der induktiven Erwärmung wird der Prozess mit einer oszillierenden Strahlführung durchgeführt, durch die Grobkornbildung im Schweißnahtgefüge vermieden werden soll.

Projektziele

 

    • Experimentelle und simulative Analyse des Aufheiz- und Abkühlverhaltens bei der Nutzung von Induktionstechnik für Gusseisen mit Kugelgraphit
    • Identifikation relevanter Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen beim Laserstrahschweißen von Gusseisen mit Kugelgraphit
    • Einsatz der Induktionstechnik zur Vor- und Nacherwärmung der Schweißnaht

      • Verminderung von Kaltrissen
      • Reduktion der Aufhärtung in Schweißnaht und Wärmeeinflusszone

    • Einsatz von Strahloszillation zur Manipulation der Schmelzbaddynamik, des Erstarrungsverhaltens und der mikrostrukturellen Entwicklung

     

    Projektbild AdditiveJoint

    Projektlaufzeit
    01.08.2018 - 31.01.2021

    AiF-Forschungsvorhaben-Nr.

    20.070 N

    Fördermittelgeber
    Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Arbeitsgemeinschaft industrieller Fördervereinigungen "Otto von Guericke" e.V.

    Forschungsvereinigung
    Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS

    Projektbearbeiter
    Niklas Sommer, M.Sc.

    Veröffentlichungen

    Projektbegleitender Ausschuss:

    Daimler AG

    IFF GmbH

    IPG Laser GmbH

    ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH

    ILV GmbH, Alfred G. Arlt

     


    Laserzentrum Schorcht GmbH

    Schonlau Werke Maschinenfabrik & Eisengießerei GmbH & Co. KG