Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Korrosionsmechanismen beim Laserschweißen von Duplexstählen

Anlass für den vorliegenden Forschungsantrag ist die unzureichende Korrosionsbeständigkeit von filigranen Duplexstrukturen, welche mit Laserstrahlschweißen höchster Fokussierbarkeit ohne Zusatzwerkstoff oder einen weiteren technologischen Schritt hergestellt werden. Daher setzt sich das Vorhaben zum Ziel, die verschiedenen Mechanismen für die Entstehung von Korrosion an geschweißten Duplexstahlverbindungen unter anderem mittels Prozess- und Korrosionsuntersuchungen zu analysieren und zu spezifizieren. Um die Expertise aus der Laser- und Werkstofftechnik zu nutzen, ist eine interdisziplinäre Arbeitsweise in einem Verbund (Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH und dem Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH) notwendig.

Mit Hilfe von strahlformenden Elementen soll ein asymmetrisches Laserstrahl- und Intensitätsprofil generiert werden, wodurch ein werkstoffspezifisches Temperaturfeld entsteht. Um eine angepasste Prozessführung zu erreichen, werden die Untersuchungen um die zeitliche Variation des Energieeintrags und der Schutzgaszusammensetzung erweitert. Zur elektrochemischen Korrosionsuntersuchung an lokalen Schädigungen (wie im Schweißnahtbereich) sind großflächige Messungen alleine oft ungeeignet. Für die Ermittlung der Korrosion sind Untersuchungen im Mikro- bzw. Makrobereich unabdingbar. Daher ist die Entwicklung einer mikroelektrochemischen Messzelle zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht notwendig.

Die angestrebten Ergebnisse stellen vor allem KMU´s neue Erkenntnisse, Entwicklungsmöglichkeiten und Erfahrungen zur Verfügung. Diese ergeben sich aus einer wissenschaftlich abgesicherten Entwicklung einer Prozessstrategie zum Schweißen von dünnwandigen Duplexstukturen ohne nachgelagerte thermische Behandlung, sowie der unmittelbaren Bestimmung des mikroelektrochemischen Korrosionsverhaltens der Schweißnaht. Für den Anwender bedeutet dies eine effiziente Gestaltung des Prozesses.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war die qualitätsgerechte Herstellung von Schweißnähten an Duplexstahl mittels Laserstrahlschweißen ohne den Einsatz eines Schweißzusatzes oder Lösungsglühen. Untersucht wurde der industriell relevanteste Werkstoff 1.4462 (gewalzt) im Blechdickenbereich von 0,5 bis 2 mm.

Für KMU haben die im Rahmen des Forschungsvorhabens erzielten Resultate folgende Relevanz:

• Durch die Implementierung einer Nachwärmstrategie beim Laserschweißen steht dem Nutzer ein Werkzeug zur Verfügung, um lokal den Austenitgehalt in der Fügezone und damit die Korrosionsresistenz zu steigern.

• Über das numerische Simulationsmodell lässt sich eine zum Bauteil passende Nachwärmstrategie berechnen.

• Das entwickelte Schutzgaskonzept gewährleistet im Fertigungsprozess, dass eine ausreichende Schutzgasabdeckung auch mit Implementierung der Nachwärmung gegeben ist.

• Die mikroelektrochemische Messzelle kann zuverlässig die Korrosionsbeständigkeit der Laserschweißnähte elektrochemisch und chemisch gemäß ASTM G48 auswerten.

• Der Zusammenhang zwischen der Härte des Schweißgutes und seiner Korrosionsbeständigkeit ist nun bekannt und hilft Schweißnähte mit einfachen Mitteln zu beurteilen.

Die Ergebnisse und Erkenntnisse ermöglichen eine bessere Ausschöpfung des Potenzials des Laserstrahlschweißens von dünnwandigen Strukturen aus Duplexstahl. Insbesondere ist das aufgebaute Wissen für KMU nutzbar, die Duplexstähle verarbeiten. Zudem steht mit der neu konzipierten Korrosionsmesszelle ein Werkzeug zur Verfügung, welches auch über den Bereich der Duplexstähle hinaus zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit eingesetzt werden kann. Durch dessen kompakte Bauweise eignet sich diese auch außerhalb von Laboren in Produktionsprozessen.

Die Ergebnisse lassen sich vor allem im Metallbau einsetzen. Sowohl im Leichtbau als auch beim Bau von Leitungen und Anlagen für korrosive Medien (Öl, Salzwasser, Erdgas, Lebensmittel) spielen Duplexstähle eine wichtige Rolle.