3kW-Nd:YAG-Scheibenlaser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein besonderer Entwicklungsschritt zum Leichtbau ist mit dem Einsatz formgehärteter Stähle im Automobilbau (Karosseriebau) erzielt worden. Das Formhärten stellt dabei eine Verfahrenskombination aus Warmumformung und eine nach dem Formgebungsprozesses induzierte Martensitbildung durch Härten dar. Die Platinen werden in den Bereich vollständiger Austenitisierung auf 900°- 950°C erwärmt, anschließend in ein Werkzeug mit kaltem Stempel eingelegt und beim Formpressen entsprechend schnell abgekühlt, so dass sich in Folge der Martensitbildung ein wenig verformbares Werkstoffgefüge mit sehr hoher Zugfestigkeit ausbildet. Derzeit wird nahezu ausschließlich der höchstfeste Vergütungsstahl 22MnB5 (Werkstoff-Nr. 1.5528) als Blechwerkstoff mit unterschiedlichen Beschichtungskonzepten (AlSi und Zn) dafür eingesetzt. In dem Berichtszeitraum erfolgten umfangreiche Untersuchungen sowohl zum Beschnitt als auch zum Schweißen derartiger Werkstoffe. Insbesondere die Beschichtung wirkt sich erheblich auf die Verbindungseigenschaften der Bauteile aus. Zum einen wird die Nahtgeometrie und damit auch die Übergangskerbe verändert, zum anderen können Reste der Beschichtung in die Schweißnaht eingeschmolzen werden und so eine metallurgische Kerbe bilden. Im Rahmen der Untersuchungen wurde auch nachgewiesen, dass durch das Einlegieren der Beschichtung die kritische Abkühlgeschwindigkeit erhöht wird, wodurch sich die Eigenschaften des Schweißguts von denen des Grundwerkstoffstoffs erheblich unterscheidet. Ein Ziel war der Vergleich der Eigenschaften von MSG-geschweißten mit Hilfe des beschafften 3kW-Nd:YAG-Scheibenlaser lasergeschweißten Verbindungen aus formgehärtetem Vergütungsstahl. Dabei wurden die für die Verbindungen kritischen Randbedingungen hinsichtlich Beanspruchungsart und –richtung, sowie geometrischer Einflüsse der Schweißnaht auf die Festigkeit und das Versagensverhalten der Verbindungen analysiert. Der Bauteil- bzw. Probenzuschnitt formgepresster Stähle machte den intensiven Lasereinsatz unumgänglich. Es wurde gezeigt, dass durch den Laserbeschnitt eine Wasserstoffinduzierte Rissbildung an den Schnittkanten von bereits gehärteten Proben vermieden werden konnte. Insbesondere die Probenvorbereitung zur Analyse der Wasserstoffinduzierten Kaltrissbildung als auch zum Widerstandspunktschweißen in unterschiedlichen Forschungsprojekten konnte effektiv und maßgenau in einem Schritt erfolgen, da eine mechanische Bearbeitung der Proben nach dem Presshärten nicht mehr möglich ist. Mit dem Laser wurde eine neuentwickelte Probengeometrie zur Abbildung von Maßabweichungen beim MSG-Schweißen erzeugt. Durch Schnittkanten sowie Muster auf der Probenoberfläche konnte in je einer Probe ein großer Bereich von möglichen Maßabweichungen abgebildet und für die Prozessanalyse durch Oberflächen- und Thermosensoren vorbereitet werden. Eine weitere Verwendung des 3kW-Nd:YAG-Scheibenlaser erfolgte in im Projekt „Innovative Schweißzusätze - Sinterdrähte und deren Eignung zum Laserstrahlauftragschweißen“. Nur mit dem Einsatz der modernen Lasertechnik gelang es, Schweißzusatzdrähte aus gesinterten Grundplatinen formgenau auszuschneiden. Eine klassische Schweißdrahtherstellung aus dem gesinterten Material war aus legierungstechnischer Sicht nicht möglich. Des Weiteren wurde der 3kW-Nd:YAG-Scheibenlaser zur Untersuchung der Fertigungsmöglichkeiten der neuartigen Kupferband-Luftspaltwicklung im Projekt COMO III im Forschungsschwerpunkt „Automotive“ sowie für die Anfertigung von Klebeprobengrundkörper genutzt. Die Kupferbearbeitung mit Lasertechnik war nur durch das Scheibenlasersystem möglich. Weiter wurde das System zum Laserlöten von umgeformten beschichteten Stahlblechen zur Analyse von Rissphänomenen (Liquid Metal Embrittlement) eingesetzt. Aus diesen und weiteren Untersuchungen wurde ein DFG-Antrag erarbeitet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Innovative Schweißzusätze - Sinterdrähte und deren Eignung zum Laserstrahlauftragschweißen. DVS Congress 2015: Große Schweißtechnische Tagung, DVS-Studentenkongress, Düsseldorf: DVS Media GmbH, Bd. 315, S. 846-851
Andrea Hübner, Sven Jüttner, Carolin Fink, Olena Stamann
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Kompensation von Bauteiltoleranzen beim Schweißen von 22MnB5-Feinblechen mit Al-Si-Überzug durch modifizierte MSG-Prozesse. Schweissen und Schneiden - Düsseldorf: DVS-Media, Bd. 36.2016, 6, S. 332-337
Olaf Schwedler, Benjamin Schlosser, Sven Jüttner
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Einfluss von Prozessbedingungen beim Formhärten auf die Verbindungseigenschaften gefügter Bauteile. 12. Erlanger Workshop Warmblechumformung: Tagungsband zum 12. Erlanger Workshop Warmblechumformung, Erlangen, den 23. November 2017 - Bamberg: Meisenbach, S. 129-148
Matthias Kuhlmann, Niels Mitzschke, Maximilian Wohner, Sven Jüttner
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Experimental simulation of dissimilar weld metal of high manganese steels by arc melting technique. Welding in the World (2017) 61
Benjamin Wittig, Manuela Zinke, Sven Jüttner, Daniel Keil
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Fertigungskonzepte zum Verkleben einer neuartigen Luftspaltwicklung eines Radnabenmotors. 13. Magdeburger Maschinenbau-Tage 2017, 27. und 28. September 2017 : Tagungsband - Magdeburg: Universitätsbibliothek, S. 11-20
Olena Stamann, Sven Jüttner, Ralf Hinzelmann, Roland Kasper
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Microstructural imperfections in the HAZ of resistance spot welded ultra high strength steel 22MnB5 and their impact on joint fracture. Future trends in steel development, processing technologies and applications: bringing the automotive, supplier and steel industries together : 5th SCT 2017 : 5th International Conference on Steels in Cars and Trucks : proceedings - Düsseldorf, Germany: Steel Institute VDEh
Oleksii Sherepenko, Niels Holtschke, Sven Jüttner
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A new constitution diagram for dissimilar metal welds of high-manganese steels. Welding in the World (2018) 102
Benjamin Wittig, Manuela Zinke, Sven Jüttner, Daniel Keil
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Fügetechnologie für die Kupferdrahtwicklung eines neuartigen Leichtbau-Radnabenmotors. DVS Congress 2018: Große Schweißtechnische Tagung, DVS-Studentenkongress, Friedrichshafen am 17. und 18. September 2018 - Düsseldorf: DVS Media GmbH, Bd. 344, S. 278-283
Olena Stamann, Sven Jüttner, Andreas Zörnig, Roland Kasper
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Transient softening at the fusion boundary in resistance spot welded ultra-high strengths steel 22MnB5 and its impact on fracture processes. Welding in the world 2018 - Berlin: Springer, insges. 9 S.
Oleksii Sherepenko, Sven Jüttner
