Heißrissreduzierung mittels magnetofluiddynamischer Modifikation der laserinduzierten Schmelzbadkonvektion beim generierenden Laser-Pulver-Auftragschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer; Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396298896

Das Auftreten von Heißrissen ist ein signifikantes Problem bei der schweißtechnischen Verarbeitung von hochwarmfesten Nickel-Basissuperlegierungen. Die in der Wärmeeinflusszone und im Schweißgut auftretenden Materialtrennungen lassen sich trotz intensiver und langjähriger Erforschung nur durch aufwendige Hilfsmaßnahmen (z. B. werkstofftechnische Ansätze oder thermomechanische Maßnahmen) und in einem sehr begrenzten Umfang beherrschen. Gegenstand des vorliegenden Forschungsantrags ist ein neuartiger Ansatz zur Unterdrückung der Entstehungsursachen durch eine berührungslose Einflussnahme auf den Erstarrungsvorgang. Die vorgestellte Lösung basiert auf einer Modifikation der laserinduzierten Schmelzbadströmung (Marangoni Konvektion) mittels maßgeschneiderter elektromagnetischer Felder. Im Gegensatz zum Energieeintrag mittels Elektronenstrahl oder Lichtbogen erfolgt bei dem Einsatz von Laserstrahlung keine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld wodurch sich die Einflussnahme auf das Schmelzbad konzentriert. Die Lokalität der Wirksamkeit des Magnetfels ist in diesem Zusammenhang singulär und bietet das Potenzial einer von der Geometrie unabhängigen Oberflächenanwendung. Neben einer fundierten theoretischen Betrachtung werden erste Vorarbeiten präsentiert, die die Arbeitshypothese stützen. Aus diesem Grund sind umfangreiche wissenschaftliche Untersuchungen zur Schmelzbadbeeinflussung mittels zeitlich und/oder räumlich konstanter oder veränderlicher magnetischer Felder geplant. Das Schmelzbad wird dabei durch die Anpassung von Laserleistung, Fokusabstand und/oder der Wechselwirkungsdauer systematisch variiert. Zur Identifikation der zu untersuchenden Wechselwirkung werden umfassende Kenntnisse im Bereich der Lasermaterialbearbeitung und Schmelzbadströmung mit einer umfangreichen Kompetenz in der werkstoffwissenschaftlichen Charakterisierung kombiniert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen