Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Fügen von Duplexstählen mittels Laserstrahl-UP-Hybridschweißen

Duplexstähle werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit bei gleichzeitig guter Korrosionsbeständigkeit in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt. Derartige Eigenschaften erlangen sie durch ein Gefügeverhältnis von 40 % Deltaferrit und 60 % Austenit. Beim Schweißen muss zur Erhaltung des Gefüges auf die Wärmeführung geachtet werden, da eine zu hohe Abkühlzeit zu Ausscheidungen (Nitride und intermetallische Phasen) sowie zur spröden Grobkornzone und eine zu geringe Abkühlzeit zu einer geringen Austenitbildung führt. Die bislang eingesetzten Lichtbogenschweißverfahren bedingen eine mehrlagige Prozedur, verbunden mit aufwendiger Nahtvorbereitung und hohem Schweißzusatzverbrauch. Die Strahlschweißverfahren konnten sich aufgrund der Ausbildung eines ungünstigen Deltaferrit-Austenit-Verhältnisses in der Praxis nicht durchsetzen. Ziel des Forschungsvorhabens ist, Schweißnähte an Duplexstählen (bis zu 30 mm) mit hoher Schweißnahtgüte bezüglich der mechanisch-technologischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit, mittels Laserstrahl-UP Hybridschweißen prozesssicher und effizient herstellen zu können. Das erforderliche Gefüge wird mit Hilfe einer kontrollierten Wärmeführung während des Schweißens eingestellt. Zur Umsetzung des Laserstrahl-UP-Hybridschweißens wird ein Rohr zur Abschirmung der Laserstrahlung vor dem Schweißpulver eingesetzt. Die Anwender, vor allem kmU, werden dadurch in die Lage versetzt, ihre Bauteile mittels Laserstrahl-UP-Hybridschweißen reproduzierbar und effizient verbinden zu können. Die im Forschungsvorhaben erstellte Handlungsempfehlung wird es sowohl Anlagenbauern, Halbzeug-, Stromquellen-, Laserquellen- als auch Komponentenherstellern ermöglichen, ihre Dienstleistungsfähigkeit zu erweitern und neue Märkte zu erschließen.

Ergebniszusammenfassung:

Im geplanten Forschungsvorhaben wurde ein Laserstrahl-UP-Hybridschweißprozess für Duplexstähle entwickelt und hinsichtlich seiner technologischen und ökonomischen Eignung für die industrielle Praxis bewertet. Das Erreichen des Forschungsziels verschafft den Anwendern in unterschiedlichen industriellen Wirtschaftszweigen einen Wettbewerbsvorteil, da Schweißnähte an Duplexstählen mit hohen Schweißnahtgüten bei gleichzeitig hoher Produktivität schnell und kostengünstig erzeugt werden können.

Die Stahlhersteller werden mit der neuen Schweißtechnologie in die Lage versetzt, einen effizienten und zum Fügen von Duplexstählen geeigneten Hochleistungsschweißprozess anbieten zu können. Infolge der erhöhten Fertigungseffizienz kann der Durchsatz erhöht werden, sodass Werkstofflieferanten höhere Materialmengen auf dem Markt absetzten können. Die erzielten Ergebnisse sind für kleine und mittlere Schweißzusatzhersteller ohne eigene Forschungsabteilung essentiell, um geeignete Schweißzusätze testen und ihren Kunden zur Verfügung stellen zu können. Die Anlagenhersteller können bei Etablierung des Laserstrahl-UP-Hybridschweißprozesses Anlagen mit dem zur Durchführung notwendigen Bearbeitungskopf, der im Forschungsvorhaben entwickelt wurde, ausstatten. Anlagenhersteller können spezifische Hybridschweißanlagen anbieten, wodurch der Marktanteil bzw. Absatz von derartigen Anlagen erhöht wird. Die Endanwender werden durch die erzielten Ergebnisse in die Lage versetzt, ihre Bauteilkomponenten (Rohre, Behälter oder Strukturbauteile) aus Duplexstählen prozesssicher, reproduzierbar und mit hoher Produktivität mittels Laserstrahl-UP-Hybridschweißen zu verbinden. Das entwickelte Schweißverfahren kann sowohl in der Einzelfertigung als auch in kleinen und mittleren Serienproduktionen eingeführt werden. Die KMU-Anwender sind in der Lage, ihre Fertigungskosten hinsichtlich Personal und insbesondere Schweißzusatzmaterial im Vergleich zu der konventionellen UP-Schweißtechnik zu senken.