Qualifizierung typischer metallischer Konstruktionswerkstoffe für das Laserstrahlschweißen

Abstract

Das Laserstrahlschweißverfahren (Laserbeamwelding, LBW) ist ein weit verbreitetes Verfahren in diversen Herstellungsprozessen. Überwiegend findet es beim Fügen von komplexen Legierung, Schweißen von hoher Nahtqualität oder in der Endfertigung schon wärmebehandelter Bauteile Anwendung. Ziel dieser Arbeit ist die Schweißeignung von typischen metallischen Konstruktionswerkstoffen für das Laserstrahlschweißen durch zerstörungsfreie und zerstörenden Werkstoffprüfung zu beurteilen. Die Untersuchung umfasst drei unterschiedliche Metalle, welche in ihrem Bereich als Standartwerkstoff gelten. In den Grundlagen dieser Arbeit wird das Schweißverfahren vorgestellt, auf die Eigenschaften und das Schweißen von Baustählen, austenitischen Stählen und Aluminium eingegangen, sowie die notwendigen Prüfverfahren erläutert. Im Ergebnis wird festgestellt, dass das Fügen der untersuchten Materialien mittels Laserstrahlschweißen sehr wohl möglich ist, der Prozess hinsichtlich seiner Anfälligkeit gegenüber Einflüssen jedoch einige Problematiken mit sich bringt. Es gelingen, in Bezug auf die Sicht- und Farbeindringprüfung, gute Ergebnisse, welche jedoch bei der Durchstrahlungsprüfung alle Ungänzen aufweisen und auch nach der niedrigsten Güteklasse (D) nach ISO 13919 nicht den anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Die Härteverläufe aller Proben weisen keine Auffälligkeiten auf, so dass hinsichtlich der Metallurgie nichts zu beanstanden ist. Die Arbeit zeigt, dass gängige Metalle mittels Laserstrahlschweißen gefügt werden können. Hinsichtlich der Durchführung gilt jedoch, dass der Prozess sehr fehleranfällig ist und weitaus genauer vorbereitet und durchgeführt werden muss, als es bei anderen Verfahren, z. B. MSG oder WIG, der Fall ist.

Laser beam welding (LBW) is a widely used method in various manufacturing processes. It is mainly used in joining of complex alloys, welding of high seam quality or in finishing of already heat-treated components. The aim of this work is to evaluate the weldability of typical metallic structural materials for laser beam welding by non-destructive and destructive material testing. The investigation covers three different metals, which are considered standard materials in their field. In the basics of this paper, the welding process is introduced, the properties and welding of structural steels, austenitic steels and aluminum are discussed, and the necessary test procedures are explained. As a result, it is concluded that the joining of the materials studied by means of laser beam welding is very possible, but the process presents some problems in terms of its susceptibility to influences. Good results are obtained in the visual and dye penetrant tests, but the radiographic tests all show imperfections and do not comply with the recognized rules of technology, even according to the lowest quality class (D) of ISO 13919. The hardness curves of all specimens show no abnormalities, so that nothing can be objected to with regard to metallurgy. The work shows that common metals can be joined by laser beam welding. However, with regard to the implementation, the process is very error -prone and must be prepared and carried out much more precisely than is the case with other processes, e.g. MSG or TIG.